[论文解读] Temperature-induced band renormalization and Lifshitz transition in a kagome superconductor RbV3Sb5

Zhonghao Liu, Ningning Zhao+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 12

一句话总结

本研究利用角分辨光电子能谱技术，证明在kagome超导体RbV₃Sb₅中，温度驱动的能带重正则化与Lifshitz转变可将van Hove奇点调制至费米能级，从而将这一调制与电荷密度波及超导序的出现联系起来。研究结果凸显了轨道依赖奇点与拓扑表面态在实现奇异量子相（包括潜在的马约拉纳零能模）中的作用。

ABSTRACT

Recently discovered Z2 topological kagome metals AV3Sb5 (A = K, Rb, and Cs) exhibit intriguing transport anomalies and novel superconducting paring states, providing a versatile platform for studying interplay between electron correlation and quantum orders. Here we directly visualise how temperature drives band renormalization and Lifshitz transition in RbV3Sb5 using angle-resolved photoemission spectroscopy, pointing to the key role of tuning van Hove singularities to the Fermi energy in mechanisms of both CDW and superconducting orders. Multiple singularities with different energies and orbital characters could induce various ordering phases, including superconductivity if cooperating with matching bosons. Considering the existence of the non-trivial topological Dirac surface states at the time-reversal-invariant momentum points, they may also provide a promising route to realize zero energy modes related to Majorana fermions. Our findings are significant in understanding abundant transport behaviors and quantum phases in these kagome superconductors.

研究动机与目标

• 研究温度驱动的电子结构变化在RbV₃Sb₅非传统量子相中的作用。
• 确定将van Hove奇点调制至费米能级对电荷密度波与超导序的影响。
• 探讨kagome超导体中能带拓扑、奇点与拓扑表面态出现之间的关联。
• 评估在AV₃Sb₅材料中通过时间反演对称的拓扑表面态实现马约拉纳零能模的潜力。

提出的方法

• 采用角分辨光电子能谱（ARPES）直接测绘RbV₃Sb₅在不同温度下的电子能带结构。
• 通过温度依赖测量追踪能带重正则化及费米面拓扑的演化。
• 分析聚焦于识别具有不同轨道特征的van Hove奇点及其相对于费米能级的能量对齐。
• 利用费米面拓扑的演化检测Lifshitz转变，其特征为费米面拓扑结构的变化。
• 对奇点的轨道特征进行分析，以评估其在驱动电子关联驱动不稳定性中的潜在作用。
• 基于对称性与时间反演不变性评估拓扑表面态，以评估其在容纳马约拉纳费米子方面的潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 温度如何影响RbV₃Sb₅中能带重正则化与费米面拓扑？
• RQ2 具有不同轨道特征的van Hove奇点在多大程度上驱动电荷密度波与超导不稳定性？
• RQ3 将van Hove奇点调制至费米能级在kagome超导体中促成多种量子序的机制是什么？
• RQ4 RbV₃Sb₅中非平凡拓扑狄拉克表面态的存在是否能支持零能级马约拉纳模？
• RQ5 轨道依赖奇点如何与匹配的集体激发模式协同作用以稳定超导配对？

主要发现

• 温度在RbV₃Sb₅中引起显著的能带重正则化，改变费米能级附近的电子结构。
• 随着温度变化观察到Lifshitz转变，对应于费米面拓扑结构的拓扑变化。
• 识别出多个具有不同轨道特征的van Hove奇点，每个奇点可能驱动不同的电子不稳定性。
• 这些奇点与费米能级的对齐与电荷密度波及超导序的出现密切相关。
• 在时间反演不变动量点存在非平凡的拓扑狄拉克表面态，暗示存在实现马约拉纳零能模的路径。
• 轨道依赖奇点与电子关联效应之间的相互作用，为kagome超导体中多种量子相的统一机制提供了支持。