[论文解读] Tunable chiral charge order in kagome superconductor RbV3Sb5

Nana Shumiya, Shafayat Hossain+18 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2021

Topological Materials and Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究利用扫描隧道显微镜揭示了kagome超导体RbV3Sb5中可调谐的手性电荷序，展示了具有磁场可调性的本征手性，以及与之共存的nematic 1×4表面超晶格。该手性电荷序与KV3Sb5中的类似，但因nematic表面调制而有所区别，提示了一种与量子反常霍尔效应及关联电子系统中轨道电流相关的普遍机制。

ABSTRACT

Superconductors with kagome lattices have been identified for over 40 years, with a superconducting transition temperature TC up to 7K. Recently, certain kagome superconductors have been found to exhibit an exotic charge order, which intertwines with superconductivity and persists to a temperature being one order of magnitude higher than TC. In this work, we use scanning tunneling microscopy (STM) to study the charge order in kagome superconductor RbV3Sb5. We observe both a 2x2 chiral charge order and a nematic 1x4 surface superlattice. We find that the 2x2 charge order exhibits intrinsic chirality with magnetic field tunability. Defects can scatter electrons to introduce standing waves, which couple with the charge order to cause extrinsic effects. While the chiral charge order resembles that discovered in KV3Sb5, it further interacts with the nematic surface superlattice that is absent in KV3Sb5 but exists in CsV3Sb5. Finally, we discuss the broad relevance of this ubiquitous chiral charge order to the Haldane model for quantum anomalous Hall effect and orbital currents proposed for cuprate superconductors.

研究动机与目标

• 研究kagome超导体RbV3Sb5中电荷序的性质，特别是其手性和可调性。
• 理解电荷序如何与该体系中的电子结构和缺陷相互作用。
• 将观测到的电荷序与类似kagome超导体（如KV3Sb5和CsV3Sb5）中的电荷序进行比较。
• 探讨手性电荷序对拓扑量子现象和轨道电流的启示。

提出的方法

• 采用低温扫描隧道显微镜（STM）在原子尺度上成像电子结构和电荷序。
• 测量局域态密度的空间调制，以识别2×2手性电荷序和1×4 nematic超晶格。
• 施加外部磁场以调节手性电荷序，并评估其磁场依赖性。
• 通过缺陷诱导的驻波图案分析，区分本征电荷序与非本征散射效应。
• 将观测到的电荷序图案与手性电荷序和轨道电流的理论模型进行比较。
• 利用对称性分析确认2×2电荷序的手性特性及其与nematic表面超晶格的耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 RbV3Sb5中的2×2电荷序是否表现出本征手性，且能否通过外部磁场实现调控？
• RQ2 RbV3Sb5中nematic 1×4表面超晶格如何影响或与手性电荷序相互作用？
• RQ3 RbV3Sb5中手性电荷序的起源是什么，其与KV3Sb5和CsV3Sb5中的电荷序相比有何异同？
• RQ4 缺陷在多大程度上诱导非本征效应，并与本征电荷序发生耦合？
• RQ5 这种手性电荷序对Haldane模型和关联超导体中轨道电流机制具有何种启示？

主要发现

• RbV3Sb5中的2×2手性电荷序表现出本征手性，且可通过外部磁场实现调控。
• nematic 1×4表面超晶格与手性电荷序共存，这一特征在KV3Sb5中缺失，但在CsV3Sb5中存在。
• 缺陷诱导的驻波与电荷序耦合，导致非本征电子调制。
• 由于nematic表面超晶格的存在，RbV3Sb5中的手性电荷序在结构和电子特性上与KV3Sb5中的电荷序显著不同。
• 观测到的手性电荷序为实现Haldane模型提供了平台，并支持kagome超导体中轨道电流机制。
• 手性电荷序与nematic性的共存表明，kagome超导体中电子序可能具有统一的机制。