[论文解读] Kagome superconductors AV$_3$Sb$_5$ (A=K, Rb, Cs)

Kun Jiang, Tom Wu+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 23

一句话总结

本综述综合了AV₃Sb₅（A = K, Rb, Cs）kagome超导体在实验与理论方面的最新进展，将其确立为一种新型量子平台，其中电子关联、拓扑性质与几何阻挫相互作用。主要发现包括：电荷密度波态中存在时间反演对称性破缺的证据，压力下表现出多重超导穹顶的非传统超导性，以及在准二维kagome晶格中，超导性与CDW序之间存在复杂相互作用。

ABSTRACT

The quasi two-dimensional (quasi-2D) kagome materials AV$_3$Sb$_5$ (A=K, Rb, Cs) were found to be a prime example of kagome superconductors, a new quantum platform to investigate the interplay between electron correlation effects, topology and geometric frustration. In this review, we report recent progress on the experimental and theoretical studies of AV$_3$Sb$_5$ and provide a broad picture of this fast-developing field in order to stimulate an expanded search for unconventional kagome superconductors. We review the electronic properties of AV$_3$Sb$_5$, the experimental measurements of the charge density wave state, evidence of time-reversal symmetry breaking, and other potential hidden symmetry breaking in these materials. A variety of theoretical proposals and models that address the nature of the time-reversal symmetry breaking are discussed. Finally, we review the superconducting properties of AV$_3$Sb$_5$, especially the potential pairing symmetries and the interplay between superconductivity and the charge density wave state.

研究动机与目标

• 综合分析AV₃Sb₅ kagome超导体近期实验与理论进展。
• 阐明这些材料中电子关联、拓扑性质与几何阻挫之间相互作用的本质。
• 研究电荷密度波（CDW）态的性质及其对称性破缺特征。
• 探讨非传统超导配对对称性及其与CDW序共存的机制。
• 通过全面综述该领域，激发对非传统kagome超导体的进一步探索。

提出的方法

• 结合角分辨光电子能谱（ARPES）、扫描隧道显微镜（STM）及量子振荡测量等实验技术。
• 采用密度泛函理论（DFT）计算评估电子结构与能带拓扑。
• 分析压力下磁阻、比热及上临界磁场测量结果，以探测超导与CDW相。
• 利用傅里叶变换STM数据识别周期性调制与涡旋核心结构。
• 应用理论模型解释时间反演对称性破缺与配对对称性，包括手性p波与d+id态。
• 构建压力-温度相图，描绘CDW与超导转变的演化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 AV₃Sb₅中的电荷密度波（CDW）序具有何种性质，其如何破缺晶格对称性？
• RQ2 AV₃Sb₅的CDW态中，时间反演对称性破缺的证据是什么？
• RQ3 在压力下，超导性如何与CDW序共存与竞争？
• RQ4 AV₃Sb₅中超导态的配对对称性是什么，其与传统s波行为有何偏离？
• RQ5 电子关联与拓扑能带结构在AV₃Sb₅非传统量子相中起多大作用？

主要发现

• AV₃Sb₅表现出以V-Sb kagome层为主导的准二维电子结构，至少有四条能带穿过费米能级。
• 该体系在80–104 K发生一级相变进入CDW态，具有2×2的晶胞扩大及c轴调制。
• CDW态中存在时间反演对称性破缺的强证据，同时C₆旋转对称性被破坏，而反演对称性得以保持。
• 超导性在Tc ≈ 0.75–2.3 K（取决于A位阳离子）下出现，表现出非传统的涡旋核心激发。
• 在压力下，超导转变温度呈现双穹顶行为，表明CDW与SC序之间存在复杂相互作用。
• 理论模型表明可能存在手性d+id或f波配对，但确切的配对机制仍不明确，有待进一步研究。