[论文解读] Multiple Energy Scales and Anisotropic Energy Gap in the Charge-Density-Wave Phase of Kagome Superconductor CsV3Sb5

K. Nakayama, Yongkai Li+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 29

一句话总结

本研究使用高分辨率ARPES揭示SOC诱导的Dirac能隙以及CsV3Sb5中强各向异性、具有多尺度的CDW能隙，在鞍点、Dirac点和Γ/AP电子袋带上存在不同的能隙。

ABSTRACT

Kagome metals AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs) exhibit superconductivity at 0.9-2.5 K and charge-density wave (CDW) at 78-103 K. Key electronic states associated with the CDW and superconductivity remain elusive. Here, we investigate low-energy excitations of CsV3Sb5 by angle-resolved photoemission spectroscopy. We found an energy gap of 70-100 meV at the Dirac-crossing points of linearly dispersive bands, pointing to an importance of spin-orbit coupling. We also found a signature of strongly Fermi-surface and momentum-dependent CDW gap characterized by the larger energy gap of maximally 70 meV for a band forming a saddle point around the M point, the smaller (0-18 meV) gap for a band forming massive Dirac cones, and a zero gap at the Gamma-centered electron pocket. The observed highly anisotropic CDW gap which is enhanced around the M point signifies an importance of scattering channel connecting the saddle points, laying foundation for understanding the nature of CDW and superconductivity in AV3Sb5.

研究动机与目标

• 识别与CsV3Sb5中的CDW和超导性相关的低能电子态。
• 表征带结构中Dirac点处由SOC引起的能隙。
• 在二维布里渊区中绘制CDW能隙在动量和带结构上的依赖。
• 将观测到的CDW能隙与费米面特征及潜在散射通道联系起来。

提出的方法

• 在CsV3Sb5单晶上进行高分辨率ARPES，覆盖高于和低于TCDW的温度。
• 改变光子能量以探测不同的kz切片，并区分体相与表面特征。
• 将实验带色散与包含SOC的一线原理计算进行比较。
• 提取EDCs及对称化EDCs以在关键kF点识别能隙。
• 将CDW能隙分析为关于动量角度θ的函数，并将能隙分配给鞍点、Dirac点和Γ/AP口袋带。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CsV3Sb5中由于SOC在Dirac点开启的能隙有多大？
• RQ2 CsV3Sb5中CDW能隙在费米面上以及随动量(k)的变化如何？
• RQ3 哪些带（鞍点、Dirac、Γ/AP电子袋带）参与CDW，它们的幅度分别是多少？
• RQ4 有没有3D分量的CDW的证据，以及它如何与kz依赖相关？

主要发现

• Dirac相交点显示出50–70 meV的能隙，归因于SOC。
• CDW能隙对动量强烈依赖，具有多重能量尺度：鞍点带高达约70 meV，Dirac带0–18 meV，Γ/AP电子袋带无能隙。
• 在鞍点kF点的EDCs出现约70 meV的峰状结构，指示在鞍点带上出现CDW能隙。
• Dirac带的能隙（在某些点约16 meV）具有各向异性，并可在某些方向（ΓK/AL线）消失。
• 在测量的截面中，Γ/AP电子袋带上不存在CDW能隙。
• 各向异性使得鞍点和Dirac带的最大能隙出现在θ≈0°（ΓM/AL），最小出现在θ≈±30°（ΓK/AH）。
• STM/STS与光谱学特征（宽峰~70 meV、V形态的态密度、Drude权重抑制）与ARPES观测到的CDW尺度相一致。
• 数据支持通过Q=(π,0)在鞍点之间的带间散射作为CDW的主要能量增益机制。
• 3D CDW分量（2×2×2）仍然令人困惑，可能需要进一步的kz选择性研究。
• 结果表明，超导性可能受较大能隙的鞍点带以及Dirac带上的CDW能隙结点的影响。