[论文解读] Evidence of a hidden flux phase in the topological kagome metal CsV$_3$Sb$_5$

Yu Li, Chennan Wang+18 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2021

Topological Materials and Phenomena参考文献 50被引用 90

一句话总结

该论文通过零场μSR检测到CsV3Sb5中的时间反演对称性破缺（TRSB），源自2×2 CDW相，并提出一个层间耦合手性通量相作为与SHG对称性约束兼容的领先电流排序候选。

ABSTRACT

Phase transitions governed by spontaneous time reversal symmetry breaking (TRSB) have long been sought in many quantum systems, including materials with anomalous Hall effect (AHE), cuprate high temperature superconductors, Iridates and so on. However, experimentally identifying such a phase transition is extremely challenging because the transition is hidden from many experimental probes. Here, using zero-field muon spin relaxation (ZF-$μ$SR) technique, we observe strong TRSB signals below 70 K in the newly discovered kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$. The TRSB state emerges from the 2 x 2 charge density wave (CDW) phase present below ~ 95 K. By carrying out optical second-harmonic generation (SHG) experiments, we also find that inversion symmetry is maintained in the temperature range of interest. Combining all the experimental results and symmetry constraints, we conclude that the interlayer coupled chiral flux phase (CFP) is the most promising candidate for the TRSB state among all theoretical proposals of orbital current orders. Thus, this prototypical kagome metal CsV3Sb5 can be a platform to establish a TRSB current-ordered state and explore its relationship with CDW, giant AHE, and superconductivity.

研究动机与目标

• 促使在CsV3Sb5及相关的kagome金属中寻找自发的时间反演对称性破缺。
• 识别TRSB相及其与CDW和超导性的关系。
• 利用多种实验探针表征TRSB态的对称性特性。
• 提出一个与实验约束相一致的具体电流有序态。

提出的方法

• 进行零场μSR以检测CsV3Sb5中的TRSB信号并确定发病温度（约70 K）。
• 在相关温度范围内使用光学二阶谐波产生（SHG）来测试反演对称性。
• 应用对称性分析以限定可能的TRSB序参量。
• 将实验发现与理论轨道电流序提出进行比较，并评估与CDW和AHE表象的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 CsV3Sb5是否表现出与其CDW相相关的自发时间反演对称性破缺？
• RQ2 与观测到的μSR信号和SHG对称性约束相兼容的TRSB序参量是什么？
• RQ3 层间耦合手性通量相是否是CsV3Sb5中TRSB态的可行实现？
• RQ4 TRSB态与该材料中的2×2 CDW、AHE及超导性之间有何关系？

主要发现

• 在CsV3Sb5中，ZF-μSR检测到的强TRSB信号出现在70 K以下。
• TRSB态来自于在约95 K以下存在的2×2 CDW相。
• SHG实验显示在所研究的温度范围内保持反演对称性。
• 对称性分析支持层间耦合手性通量相作为轨道电流序中最有前景的TRSB候选。
• CsV3Sb5成为研究TRSB电流有序态及其与CDW、AHE和超导性关系的平台。