[论文解读] Nature of unconventional pairing in the kagome superconductors AV$_3$Sb$_5$

Xianxin Wu, Tilman Schwemmer+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 13

一句话总结

该论文提出，kagome超导体AV₃Sb₅中的非常规超导性源于由亚晶格干涉和非局域库仑排斥驱动的f波配对对称性。通过六带紧束缚模型和随机相位近似（RPA），在现实参数下识别出f波配对占主导地位，预测了无节点体能隙、具有拓扑表面态，以及在低温下呈现有限热导率等独特实验特征。

ABSTRACT

The recent discovery of AV$_3$Sb$_5$ (A=K,Rb,Cs) has uncovered an intriguing arena for exotic Fermi surface instabilities in a kagome metal. Among them, superconductivity is found in the vicinity of multiple van Hove singularities, exhibiting indications of unconventional pairing. We show that the sublattice interference mechanism is central to understanding the formation of superconductivity in a kagome metal. Starting from an appropriately chosen minimal tight-binding model with multiple with multiple van Hove singularities close to the Fermi level for AV$_3$Sb$_5$, we provide a random phase approximation analysis of superconducting instabilities. Non-local Coulomb repulsion, the sublattice profile of the van Hove bands, and the bare interaction strength turn out to be the crucial parameters to determine the preferred pairing symmetry. Implications for potentially topological surface states are discussed, along with a proposal for additional measurements to pin down the nature of superconductivity in AV$_3$Sb$_5$.

研究动机与目标

• 理解AV₃Sb₅中非常规超导性的起源，该体系在多个van Hove奇点附近表现出超导性。
• 确定亚晶格干涉和非局域库仑排斥在稳定非常规配对对称性中的作用。
• 在捕捉AV₃Sb₅基本电子结构的最小紧束缚模型中，识别主导的配对通道。
• 预测f波配对的实验可检验特征，包括节点结构和热力学响应。
• 阐明电子关联、van Hove奇点与kagome金属中拓扑表面态之间的相互作用。

提出的方法

• 构建一个六带最小紧束缚模型，以捕捉AV₃Sb₅中费米能级附近的多个van Hove奇点。
• 应用随机相位近似（RPA）分析电子-电子相互作用引起的超导不稳定性。
• 显式包含非局域库仑排斥，其动机源于亚晶格干涉机制，该机制增强了有效配对相互作用。
• 改变van Hove能带的亚晶格分布和相互作用强度，以绘制配对对称性的相图。
• 计算边缘和体态谱函数，以识别f波通道中的拓扑表面态和零能Andreev束缚态。
• 分析热力学和输运响应（如比热、热导率、穿透深度），以预测低温下的标度行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 当在最小模型中包含亚晶格干涉和非局域库仑排斥时，AV₃Sb₅中哪种配对对称性占优势？
• RQ2 费米能级附近多个van Hove奇点如何影响非常规超导性的出现？
• RQ3 f波配对在AV₃Sb₅中具有哪些独特的实验特征，特别是在热响应和自旋响应方面？
• RQ4 在压力下观测到的超导转变温度呈双峰形相图，是否可归因于单个van Hove能带的演化？
• RQ5 拓扑表面态在f波超导相中起什么作用，它们在边缘谱中如何表现？

主要发现

• 在广泛的相互作用强度和参数范围内，f波配对通道占主导地位，其驱动力为亚晶格干涉和非局域库仑排斥。
• f波序参量打破时间反演对称性，其节点受旋转对称性保护，导致低温下呈现有限热导率。
• 体能隙无节点，与穿透深度测量结果一致；而节点结构在开放边界条件下导致边缘出现零能Andreev束缚态。
• 低温比热呈二次方标度，热导率呈线性标度，NMR弛豫率呈立方标度——这些是f波配对的显著特征。
• 该模型预测在压力下超导转变温度呈现双峰形，可归因于单个van Hove能带的移动。
• 自旋三重态f波配对预计在冷却过程中保持自旋磁化率不变，可通过Knight位移测量进行关键检验。