研究快讯 | Kagome化合物CsV3Sb5单晶超导态的各向异性

原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 2 April 2021; 

online 21 April 2021

EXPRESS LETTER

Anisotropic Superconducting Properties of Kagome Metal CsV3Sb5

Shunli Ni(倪顺利), Sheng Ma(马晟), Yuhang Zhang(张宇航), Jie Yuan(袁洁), Haitao Yang(杨海涛), Zouyouwei Lu(鲁邹有为), Ningning Wang(王宁宁), Jianping Sun(孙建平), Zhen Zhao(赵振), Dong Li(李栋), Shaobo Liu(刘少博), Hua Zhang(张华), Hui Chen(陈辉), Kui Jin(金魁), Jinguang Cheng(程金光), Li Yu(俞理), Fang Zhou(周放), Xiaoli Dong(董晓莉), Jiangping Hu(胡江平), Hong-Jun Gao(高鸿钧), and Zhongxian Zhao(赵忠贤)

Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (5): 057403

文章亮点

发现新型Kagome金属CsV₃Sb₅超导混合态的面内载流子散射存在强烈的二重各向异性。揭示其超导相变起始于T_c~3.5 K，而不是之前报道的T_c~2.5-2.8 K。一旦降温至T≲2.8 K，超导抗磁信号和下临界磁场（Hc1）由缓增变为陡升。同时，混合态面内载流子最强散射方向偏转60°，与Kagome晶格的C₆旋转对称性一致。上临界磁场（Hc2）的实验和拟合结果显示至少双带超导特征。

Kagome化合物CsV₃Sb₅单晶超导态的各向异性

研究背景

准二维过渡金属Kagome体系是研究几何阻挫和非平庸拓扑能带环境下电子特征的重要平台。因此，新型Kagome超导体系AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs)得到了人们的极大关注。一些实验结果显示其存在非传统超导配对机制。AV3Sb5中同时存在类电荷密度波型电荷序、反常霍尔效应等多种丰富的有序态和奇异物理现象。研究超导电性在这种复杂的电子环境中的行为特征及其与共存有序态的关联，将有助于理解非常规超导起源。

内容简介

最近，中国科学院物理研究所SC4组的董晓莉研究员、俞理副研究员和博士后倪顺利、博士生马晟和张宇航；SC2组的袁洁主任工程师；N04组的杨海涛副研究员等开展了相关研究。合作者还有赵忠贤院士、高鸿钧院士及胡江平研究员。他们基于精细磁性及电输运性质测量，系统观测分析了Tc~3.5 K的CsV₃Sb₅高质量单晶超导态的行为特征。实验发现：（1）下临界磁场和超导抗磁信号在Tc附近时缓慢增加，温度降至低于2.8 K时出现陡升。并且，ab面的下临界磁场高于c方向的下临界磁场（图(d)），这可能与有效质量各向异性重整化有关。（2）在0.5 T磁场下的混合态面内转角磁阻呈现出二重对称性。更为有趣的是，随着温度改变，在2.8 K附近，最大磁阻方向旋转了60°（图(b)），这些奇异现象与该Kagome体系复杂的电子和晶格环境密不可分。（3）该体系存在较大的上临界磁场的各向异性，该各向异性率（Hc2^𝑎𝑏/Hc2^𝑐）在趋近零温时约为9（图(c)）。对上临界场数据温度依赖关系的拟合至少需要两能带有效模型，这与多带超导电性吻合。

研究意义和重要性

本文结果为理解CsV₃Sb₅Kagome晶格中共存的多带超导电性和多种有序态的本质及行为特征提供了新信息。

A two-fold anisotropy of in-plane angular-dependent magnetoresistance is identified for the first time in the mixed state of high-quality single crystals of CsV₃Sb₅ with Tc ~3.5 K. The lower critical field Hc1(T) and SC diamagnetic signal are found to change little initially below Tc ~ 3.5 K, and then increase abruptly upon cooling to a characteristic temperature ~2.8 K. Meanwhile, below the same characteristic T ~ 2.8 K, the orientation of the two-fold anisotropy displays a peculiar twist by an angle of 60° characteristic of the Kagome geometry. The results of upper critical field indicate at least a two-band superconductivity in CsV₃Sb₅. These findings shed new light on the emergence of superconductivity in the presence of the intertwined orders harbored in this new Kagome metal system.

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