[论文解读] Tunable nodal kagome superconductivity in charge ordered RbV3Sb5

Zurab Guguchia, C. Mielke+19 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2022

Topological Materials and Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究采用超低温度（18 mK）和压力调控的μ子自旋谱学，揭示了RbV3Sb5中可调的节点型kagome超导态，其中时间反演对称性破缺的电荷序与超导性相互竞争。施加压力（最高达1.85 GPa）后，电荷序被抑制，超流密度增加，超导态从节点型演变为完全带隙且无节点，且在无节点态中自发发生时间反演对称性破缺。

ABSTRACT

Unconventional superconductors often feature competing orders, small superfluid density, and nodal electronic pairing. While unusual superconductivity has been proposed in the kagome metals AV3Sb5, key spectroscopic evidence has remained elusive. Here we utilize pressure-tuned (up to 1.85 GPa) and ultra-low temperature (down to 18 mK) muon spin spectroscopy to uncover the unconventional nature of superconductivity in RbV3Sb5. At ambient pressure, we detect an enhancement of the width of the internal magnetic field distribution sensed by the muon ensemble, indicative of time-reversal symmetry breaking charge order. Remarkably, the superconducting state displays nodal energy gap and a reduced superfluid density, which can be attributed to the competition with the novel charge order. Upon applying pressure, the charge-order transitions are suppressed, the superfluid density increases, and the superconducting state progressively evolves from nodal to nodeless. Once charge order is eliminated, we find a superconducting pairing state that is not only fully gapped, but also spontaneously breaks time-reversal symmetry. Our results point to unprecedented tunable nodal kagome superconductivity competing with time-reversal symmetry-breaking charge order and offer unique insights into the nature of the pairing state.

研究动机与目标

• 在超低温度和高压的极端条件下，研究RbV3Sb5中的非传统超导态。
• 确定时间反演对称性破缺的电荷序在抑制超流密度和诱导超导态节点隙中的作用。
• 探测在外部压力抑制电荷序的过程中，超导能隙结构的演化。
• 确定超导态是否可从节点型过渡为无节点型，以及在无电荷序条件下是否发生时间反演对称性破缺。
• 在kagome晶格材料中，建立电荷序、超导配对对称性与超流密度之间的直接关联。

提出的方法

• 在瑞士μ子源（SµS）采用μ子自旋谱学（µSR）探测多晶RbV3Sb5样品中的局部磁场及内部磁场分布。
• 利用双壁活塞-圆筒压力腔，在超低温度（低至18 mK）和最高1.85 GPa的压力下进行实验。
• 通过分析零场（ZF）-µSR谱，利用内部磁场分布宽度检测时间反演对称性破缺。
• 测量μ子自旋弛豫率Γ(T)随温度的变化，以提取超导能隙结构和超流密度。
• 采用α模型拟合磁穿透深度的温度依赖性，推断超导能隙对称性。
• 结合Knight位移测量和体磁化率，表征电荷序转变温度和自旋磁化率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在施加压力的条件下，RbV3Sb5中的超导能隙结构如何演化，是否从节点型过渡为无节点型？
• RQ2 时间反演对称性破缺的电荷序在抑制超流密度和诱导节点配对中起什么作用？
• RQ3 RbV3Sb5中的超导态是否发生时间反演对称性破缺，这种破缺在何种条件下发生？
• RQ4 电荷序转变温度Tco,1 ≈ 110 K和Tco,2 ≈ 50 K如何响应静水压力？
• RQ5 能否通过调控电荷序与超导性的竞争，揭示一种完全带隙且时间反演对称性破缺的超导态？

主要发现

• 在常压下，RbV3Sb5表现出具有较低超流密度的节点型超导能隙，与时间反演对称性破缺的电荷序竞争一致。
• 电荷序转变温度Tco,1 ≈ 110 K和Tco,2 ≈ 50 K在静水压力下被抑制，且在1.85 GPa以上完全消失。
• 随着压力增加，超流密度上升，超导态从节点型演变为无节点型，表明配对对称性发生变化。
• 在1.85 GPa以上，电荷序被完全抑制，超导态变为完全带隙，并自发发生时间反演对称性破缺。
• 高压下无节点超导态表现出显著增强的超流密度，具有类似BCS的完全带隙行为。
• 零场µSR数据在常压下显示出内部磁场分布宽度明显增强，证实电荷有序态中存在时间反演对称性破缺。