[论文解读] Non-degenerate surface pair density wave in the Kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$ -- application to vestigial orders

Yue Yu|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2022

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 6

一句话总结

本文提出，CsV₃Sb₅的Sb表面上的非简并配对密度波（PDW）态可通过复合序参量Δ⁴ᵉ = Δ₀Δ_Q实现一种独特的残余电荷-4e超导相，其中Δ₀为均匀超导序参量，Δ_Q为表面PDW。通过群论分析与STM特征，该研究将此相与传统残余态区分开来，并识别出在整比系统中由杂质诱导的电荷-4e相的稳定化机制，为实验探测提供了可行路径。

ABSTRACT

On the Sb-layer of the Kagome superconductor CsV$_3$Sb$_5$, pair density wave states have been observed. When the high-temperature charge orderings are treated as static backgrounds, these PDW states exhibit the same wavevector in the effective 2D Brillouin zone. Interestingly, these PDW states break the same symmetry on the surface. Considering the presence of this non-degenerate PDW, we investigate the implications for the possible existence of a vestigial charge-4e phase with a non-zero center-of-mass momentum. To distinguish between different vestigial phases, we propose scanning tunneling microscopy experiments. We aim to provide insights into the nature of the vestigial phases and their distinct characteristics in CsV$_3$Sb$_5$. This research sheds light on the interplay between PDW states, charge orderings, and superconductivity of the Kagome superconductor.

研究动机与目标

• 理解CsV₃Sb₅的Sb表面非简并PDW态对残余电荷-4e相形成的影响。
• 解决在单一非简并PDW序参量背景下区分不同残余相的挑战。
• 提出扫描隧道显微镜（STM）实验作为探测并区分不同残余相的手段。
• 研究电荷密度波（CDW）杂质在整比系统中对残余电荷-4e超导相的稳定作用。
• 将表面物理的见解拓展至体相，探讨Kagome超导体中三维波矢与对称性破缺的潜在影响。

提出的方法

• 通过群论分析表面超导相，将高温CDW序作为静态背景，折叠布里渊区。
• 构建PDW态的有效序参量Δ_Q，表明由于对称性等价，所有PDW态在折叠区中具有相同的波矢。
• 引入复合序参量Δ⁴ᵉ = Δ₀Δ_Q以描述一种非均匀、具有中心质量动量的电荷-4e相，该相与传统残余态不同。
• 通过经典蒙特卡罗模拟计算长距离相关函数C_Δ,ϕ，以绘制温度与杂质强度下的相边界。
• 利用STM特征——特别是空间调制图案与局域态密度——以区分残余电荷-4e SC与CDW相。
• 评估CDW杂质下电荷-4e相的稳定性，发现相图中存在一个四临界点，即电荷-4e SC与CDW相的连续相变线交叉，表明存在临界交叉区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 CsV₃Sb₅的Sb表面非简并PDW态是否可导致具有非零中心质量动量的独立残余电荷-4e相？
• RQ2 扫描隧道显微镜（STM）如何用于区分不同残余相，特别是电荷-4e超导相与CDW相？
• RQ3 CDW杂质在整比系统中对残余电荷-4e相的稳定作用是什么？其如何影响相变温度？
• RQ4 为何在此系统中，传统均匀残余超导性Δ_QΔ_{-Q}因对称性约束而被禁止？
• RQ5 表面结果如何为CsV₃Sb₅体相中可能存在三维PDW与电荷-4e相提供启示？

主要发现

• CsV₃Sb₅的Sb表面非简并PDW态意味着仅存在一个唯一的PDW波矢Q，从而排除了传统简并PDW基残余相的形成。
• 所提出的电荷-4e相由复合序参量Δ⁴ᵉ = Δ₀Δ_Q表征，该参量携带非零中心质量动量并破缺时间反演对称性。
• STM实验可通过独特的空间调制图案与局域态密度特征，将电荷-4e相与CDW相区分开来。
• 在CDW杂质存在下，电荷-4e超导相更加稳定，其临界温度T_c高于强杂质作用下的整比CDW相。
• 在温度-杂质相图中存在一个四临界点，即电荷-4e SC与CDW相的连续相变线交叉，表明存在临界交叉区域。
• KV₃Sb₅与RbV₃Sb₅中未观测到4a₀ CDW，提示电荷-4e相可能并非通过传统PDW配对机制形成，但未来STM研究或可证实此推论。