[论文解读] Small Fermi pockets intertwined with charge stripes and pair density wave order in a kagome superconductor

Hong Li, Dongjin Oh+14 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2023

Topological Materials and Phenomena参考文献 44被引用 9

一句话总结

该研究使用光谱成像STM和ARPES显示CsV3Sb5中小的重构费米口袋，与三维电荷密度波以及随后的一维电荷序有关，在超导态中以相同的q*矢量进行调制的库珀对-电荷密度波。

ABSTRACT

The kagome superconductor family AV3Sb5 (A=Cs, K, Rb) emerged as an exciting platform to study exotic Fermi surface instabilities. Here we use spectroscopic-imaging scanning tunneling microscopy (SI-STM) and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to reveal how the surprising cascade of higher and lower-dimensional density waves in CsV3Sb5 is intimately tied to a set of small reconstructed Fermi pockets. ARPES measurements visualize the formation of these pockets generated by a 3D charge density wave transition. The pockets are connected by dispersive q* wave vectors observed in Fourier transforms of STM differential conductance maps. As the additional 1D charge order emerges at a lower temperature, q* wave vectors become substantially renormalized, signaling further reconstruction of the Fermi pockets. Remarkably, in the superconducting state, the superconducting gap modulations give rise to an in-plane Cooper pair-density-wave at the same q* wave vectors. Our work demonstrates the intrinsic origin of the charge-stripes and the pair-density-wave in CsV3Sb5 and their relationship to the Fermi pockets. These experiments uncover a unique scenario of how Fermi pockets generated by a parent charge density wave state can provide a favorable platform for the emergence of additional density waves.

研究动机与目标

• 研究CsV3Sb5中的密度波不稳定性如何与费米面拓扑相关。
• 识别与电荷序转变相关的小型重构费米口袋的出现。
• 揭示超导性如何与密度波序相互作用以产生成对密度波态。
• 理解三维电荷密度波、一维电荷序与费米口袋形成之间的联系。

提出的方法

• 应用光谱成像扫描隧道显微镜（SI-STM）来绘制微分电导并提取q*波矢。
• 使用角分辨光电子能谱（ARPES）来可视化小型重构费米口袋的形成。
• 分析STM图像的傅里叶变换以将口袋特征与色散的q*向量联系起来。
• 跟踪温度演变以联系三维CDW、一维电荷序和超导态。
• 辨识超导隙调制并将其与在q*处的成对密度波联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 CsV3Sb5中的电荷密度波如何重构费米面？
• RQ2 观测到的小型费米口袋与来自STM/ARPES数据的q*波向量之间的关系是什么？
• RQ3 更低温下的一维电荷序加入如何影响费米口袋及q*的重整化？
• RQ4 超导是否在相同的q*波向量处诱导成对密度波序？
• RQ5 CsV3Sb5中电荷条纹和成对密度波的内在起源是什么？

主要发现

• 小型重构费米口袋由三维电荷密度波转变形成。
• 口袋由在傅里叶变换的STM图中看到的色散的q*向量连接。
• 低温下的一维电荷序使q*向量重新标定并进一步重构口袋。
• 超导态间隙调制在同一q*向量处产生面内库珀对密度波。
• 结果将电荷条纹和成对密度波的起源与CsV3Sb5的费米口袋拓扑联系起来。