[论文解读] Kagome superconductors from Pomeranchuk fluctuations in charge density wave metals

Yu‐Ping Lin, Rahul Nandkishore|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2021

Iron-based superconductors research参考文献 62被引用 8

一句话总结

该论文提出，kagome金属AV₃Sb₅中的超导性源于电荷密度波（CDW）母相中的Pomeranchuk涨落，解释了CDW序（~100 K）与超导转变（~1 K）之间巨大的能量尺度分离。该理论预测在Lifshitz转变和量子临界点附近，由于两个重构的Van Hove奇点，出现双 dome 超导相，其中两个dome中分别存在dxy波配对和(s+dx²−y²)波配对的nematic自旋单重态配对。

ABSTRACT

Motivated by the recent experiments on the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$ with $A= ext{K}, ext{Rb}, ext{Cs}$, which see onset of charge density wave (CDW) order at $\sim$ $100$ K and superconductivity at $\sim$ $1$ K, we explore the onset of superconductivity, taking the perspective that it descends from a parent CDW state. In particular, we propose that the pairing comes from the Pomeranchuk fluctuations of the reconstructed Fermi surface in the CDW phase. This scenario naturally explains the large separation of energy scale from the parent CDW. Remarkably, the phase diagram hosts the double-dome superconductivity near two reconstructed Van Hove singularities. These singularities occur at the Lifshitz transition and the quantum critical point of the parent CDW. The first dome is occupied by the $d_{xy}$-wave nematic spin-singlet superconductivity. Meanwhile, the $(s+d_{x^2-y^2})$-wave nematic spin-singlet superconductivity develops in the second dome. Our work sheds light on an unconventional pairing mechanism with strong evidences in the kagome metals $A ext{V}_3 ext{Sb}_5$.

研究动机与目标

• 解释kagome金属AV₃Sb₅中非传统的超导性，其电荷密度波（CDW）序（~100 K）与超导转变温度（~1 K）之间存在巨大能量尺度分离。
• 研究尽管存在巨大能量尺度分离，超导性如何仍能从CDW母相中出现。
• 识别AV₃Sb₅中观测到的双 dome 超导相图背后的主要配对机制。

提出的方法

• 将CDW相建模为具有Pomeranchuk涨落作为主要配对媒介的重构费米面。
• 分析在费米面重构条件下，由Pomeranchuk涨落产生的有效配对相互作用。
• 通过求解包含涨落诱导相互作用的Eliashberg方程，计算超导配对对称性。
• 识别在CDW序的Lifshitz转变和量子临界点处形成的Van Hove奇点的作用。
• 绘制相图以定位两个具有不同配对对称性的超导dome。
• 利用对称性分析，将配对态分类为具有dxy和(s+dx²−y²)分量的nematic自旋单重态。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在母相CDW序约为100 K时，kagome金属AV₃Sb₅中的超导性却在如此低的温度下出现？
• RQ2 在存在巨大能量尺度分离的条件下，CDW态中的配对由何种机制介导？
• RQ3 为何超导相图在接近重构的Van Hove奇点时表现出两个不同的dome？
• RQ4 每个超导dome中的配对对称性本质是什么？
• RQ5 CDW态中的Pomeranchuk涨落如何导致nematic自旋单重态配对？

主要发现

• AV₃Sb₅中的超导性由CDW态中的Pomeranchuk涨落驱动，该机制自然解释了巨大的能量尺度分离。
• 双 dome 超导相图出现在CDW序的Lifshitz转变和量子临界点附近，源于两个重构的Van Hove奇点。
• 第一个超导dome中存在dxy波nematic自旋单重态配对，由Lifshitz转变附近的涨落稳定。
• 第二个dome中表现出(s+dx²−y²)波nematic自旋单重态配对，出现在CDW序的量子临界点附近。
• 该配对机制为非传统机制，由费米面涨落介导，而非声子或磁涨落。
• 该模型为kagome金属中CDW序、nematic性与非传统超导性的共存提供了统一解释。