Изучение электронной структуры металлов кагомэ способствует пониманию коррелирующих явлений
Так называемые металлы кагомэ, названные в честь японского тканого бамбукового узора, напоминающего их структуру, представляют собой симметричные узоры из переплетенных треугольников с общими углами. Эта необычная геометрия решетки и присущие ей особенности приводят, в свою очередь, к любопытным квантовым явлениям, таким как нетрадиционная, или высокотемпературная, сверхпроводимость.
а) Решетчатая структура кагоме металлов CsV 3 Sb 5 . б) Реальная космическая структура кагомэ-ванадиевых плоскостей. Красная, синяя и зеленая расцветки обозначают три подрешетки кагомэ. в) Два различных типа подрешеточных декорированных особенностей Ван Хова (VHS) в CsV 3 Sb 5 , помеченных как p-тип (чистая подрешетка, левая панель) и m-тип (перемешивание подрешеток, правая панель). г) Теория функционала плотности рассчитала электронную структуру CsV 3 Sb 5. Красными стрелками отмечены видеокассеты. e) Схема обычного VHS (i) и VHS более высокого порядка (ii) в двумерных электронных системах. Серые кривые в (e) указывают на контуры постоянной энергии, которые показывают заметно плоские детали вдоль направления ky в VHS более высокого порядка, как показано черной стрелкой. Предоставлено: @PSI
Потенциал устройств, которые могли бы транспортировать электричество без рассеяния при комнатной температуре , а также жажда фундаментального теоретического понимания побудили исследователей исследовать этот новый класс квантовых материалов и попытаться выяснить, как электроны взаимодействуют с решеткой кагомэ для создания таких материалов. замечательные черты.
Недавно открытый класс металлов AV 3 Sb 5 kagome, где A может быть = K, Rb или Cs, как было показано, например, обладает объемной сверхпроводимостью в монокристаллах при максимальной Tc 2,5 К при атмосферном давлении. Исследователи подозревают, что это случай нетрадиционной сверхпроводимости, управляемой каким-то механизмом, отличным от фононного обмена, который характеризует связь в электронно-фононных связанных сверхпроводящих электронных парах обычной сверхпроводимости.
Считается, что это, а также другие экзотические свойства, наблюдаемые в металле, связаны с его множественными «сингулярностями Ван Хова» (VHS) вблизи уровня Ферми. VHS, связанные с плотностью состояний (DOS) или набором различных состояний, которые электроны могут занимать на определенном энергетическом уровне, могут усиливать корреляционные эффекты, когда материал близок или достигает этого энергетического уровня. Если уровень Ферми находится вблизи точки Ван Хова, сингулярная плотность состояний определяет физическое поведение из-за большого количества доступных низкоэнергетических состояний. В частности, эффекты взаимодействия усиливаются не только в каналах частица-частица, но и в каналах частица-дырка, что приводит к понятию конкурирующих порядков.
Поскольку эти VHS усиливают эффекты корреляции, крайне важно определить их природу и свойства. Именно это побудило исследователей во главе с ученым NCCR MARVEL профессором Минг Ши, старшим научным сотрудником отдела фотонных исследований в Институте Пола Шеррера, продолжить изучение металла. В статье «Богатая природа сингулярностей Ван Хова в сверхпроводнике Кагоме CsV 3 Sb 5 », недавно опубликованной в Nature Communications, сообщается об их выводах.
VHS можно разделить на два типа, обычные и более высокого порядка, и каждый из них связан с отличительными особенностями: обычные сингулярности Ван Хова включают логарифмическую сингулярность, но VHS более высокого порядка демонстрируют DOS, расходящиеся по степенному закону. Кроме того, ВГС в решетках кагомэ обладают определенными особенностями в подрешетке, которые приводят к уменьшению локальных электростатических взаимодействий между электрическими зарядами, эффективно усиливая роль нелокальных эффектов.
Чтобы исследовать это явление, исследователи объединили экспериментальный подход поляризационно-зависимой фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES) с теоретическим подходом теории функционала плотности, чтобы напрямую выявить свойства подрешетки VHS в металле.
Они идентифицировали четыре VHS, три из которых близки к уровню Ферми. По словам исследователей, один из них, чуть ниже уровня Ферми, демонстрирует чрезвычайно плоскую дисперсию, подтверждая экспериментальное открытие VHS более высокого порядка. Эта и другие особенности обобщаются на семейство металлов кагомэ AV3Sb5 и имеют широкий спектр важных физических последствий, подробно описанных в статье.
В целом появление множества типов ВГС вблизи уровня Ферми, обусловленное мультиорбитальной природой, может вызвать богатую конкуренцию за различные нестабильности спаривания и, следовательно, породить множество различных порядков в зависимости от небольших изменений электронного заполнения. Это означает, что исследователи могут получить доступ и даже настроить порядки в этих металлах с помощью легирования носителей или внешнего давления. Исследователи заявили, что оба подхода должны быть дополнительно изучены с помощью экспериментов и теории.
