合肥光源用户在Kagome金属的电子结构研究中获新进展
时间 : 2022-01-22     
Kagome(笼目)晶格是由共边三角形以六边形排布组成的二维网络结构。这种独特的几何结构使其电子结构包括无色散的平带、类似于石墨烯的狄拉克锥和范霍夫奇点,并且表现出很多奇异的特性。因此,具有层状kagome结构的量子材料引起了广泛的关注。理论预言这类材料中存在各种新奇的量子态,包括分数电荷、密度波、拓扑Chern绝缘体和超导电性。特别是当kagome金属的能带填充接近范霍夫奇点时,计算表明在费米能级附近会出现几个鞍点,引起费米面不稳定性,可能导致自旋或电荷密度波。

近期发现的kagome金属钒基材料AV3Sb5A=K, Rb, Cs)在低温下呈现电荷密度波(CDW)、反常霍尔效应和不同寻常的超导行为。该材料为研究电子关联和非平庸拓扑能带提供了一个独特的平台。相关的实验和理论研究得到广泛关注,但其背后的微观机制,包括CDW态的驱动因素、超导态的配对机制和对称性,以及反常霍尔效应的起源等,仍然是悬而未决的问题。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所沈大伟研究员、上海科技大学刘健鹏、郭艳峰研究员等,利用角分辨光电子能谱系统地研究了RbV3Sb5CDW转变过程中的电子结构演变。CDW转变导致在布里渊区边界局部打开能隙。更重要的是,在实验上观测到了正常态并不存在的范霍夫奇点。该范霍夫奇点具有较大的态密度,可能与更低温的超导电性有关。该研究表明RbV3Sb5CDW态是在相邻鞍点上由范霍夫奇点的费米面嵌套驱动的。该研究为理解钒基拓扑kagome金属中神秘的电荷密度波迈出了重要一步。

该研究成果以“Emergence of New van Hove Singularities in the Charge Density Wave State of a Topological Kagome Metal RbV3Sb5为题发表在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 127: 236401 (2021)]上。


图:(a) 钒基kagome晶格在2×2电荷密度波作用下的图像;(b) 六角BZ(黑线)2×2超晶格布里渊区(红色虚线(c-d) CDW态沿Γ-K-MARPES谱及其能带计算结果;(e)范霍夫奇点附近鞍点的示意图;(f-g) 正常态和CDW态沿K-M-K高对称方向及其二次微分谱;(h) 沿M-VHS3-R方向ARPES谱及其相应能带计算。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.236401