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徐刚教授团队在Kagome晶格KV3Sb5的手性电荷序研究上取得进展

发布日期:2021-08-06    作者:     来源:     点击:

(通讯员 叶子进)6月10日,《自然·材料》(Nature Materials)在线刊发了题为“Unconventional chiral charge order in kagome superconductor KV3Sb5”的论文。该成果由国家脉冲强磁场科学中心徐刚教授与普林斯顿大学Hasan教授、殷嘉鑫博士等合作完成,徐刚教授为共同第一作者,中心硕士研究生何俊毅参与了相关计算工作。

Kagome晶格是研究新奇量子序和拓扑物态的重要材料平台。近年来,KV3Sb5系列材料因其丰富的奇异物性,包括超导(TC=0.93K)、反常霍尔效应、非平庸拓扑序等,引起了人们的广泛兴趣。高温时(T>80K),V原子形成了如图1(a)所示的完美Kagome晶格。低温下,如图1(b)、(c)所示,普林斯顿大学的Hasan课题组通过STM实验首次发现了KV3Sb5中新的2×2电荷密度波相,并且这个新相中观测到了如图2(a)所示的手性电荷序。这种手性电荷序表现出一种非常规的磁场响应行为,预示着2×2电荷密度波相出现的同时伴随着时间反演对称性的破坏。

图1:(a) KV3Sb5高温相晶体结构以及V形成的kagome晶格。(b) 4.2K时,Sb表面图像显示出一个明显的2×2超晶格调制,及其傅里叶变换(c)可以清楚地看到原有的QBragg和新出现的Q2×2衍射峰。

该研究中,徐刚课题组通过第一性原理计算和分析,揭示了KV3Sb5的低能态来自于V-3d轨道,并进一步确定了2×2重构后的晶格结构。他们发现,在新的2×2电荷密度波相中V将形成如图2(b)所示的三聚体和六聚体。这种重构将使费米能级处的狄拉克点打开能隙,如图2(b)、(c),并导致非零的贝里曲率。这些计算结果较好地解释了KV3Sb5在费米能级处的态密度压制和输运上的反常霍尔效应。

图2:(a)实验上观测到的实空间手性电荷序。(b) 2x2超晶格重构后的态密度及V原子形成的六聚体和三聚体(粗线)。(c)高温相无自旋轨道耦合的能带结构。

该研究中观察到的非常规手性电荷序可能是关联效应与拓扑序共同作用的结果,可以作为时间反演对称性破缺或具有有限角动量的奇异库珀对的先驱。KV3Sb5为人们研究关联效应与拓扑序相互作用及其衍生现象提供了一个有趣的材料平台。

该项工作中的计算部分得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金的支持。


论文链接:https://www.nature.com/articles/s41563-021-01034-y