Elektronisk strukturundersøgelse af kagome-metaller styrker forståelsen af ​​korrelerede fænomener

Såkaldte kagome-metaller, opkaldt efter det japanske vævede bambusmønster, som deres struktur ligner, har symmetriske mønstre af sammenflettede, hjørnedelte trekanter. Denne usædvanlige gittergeometri og dens iboende egenskaber fører til gengæld til mærkelige kvantefænomener såsom ukonventionel eller højtemperatur-superledning.

Potentialet for enheder, der kan transportere elektricitet uden dissipation ved stuetemperatur - såvel som en tørst efter grundlæggende teoretisk forståelse - har fået forskere til at undersøge denne nye klasse af kvantematerialer og forsøge at finde ud af, hvordan elektroner interagerer med kagome-gitteret for at generere sådanne bemærkelsesværdige funktioner.

En nyligt opdaget klasse af AV₃ Sb₅ kagome-metaller, hvor A kan være =K, Rb eller Cs, viste sig for eksempel at have bulk-superledning i enkeltkrystaller ved et maksimum Tc på 2,5 K ved omgivende tryk. Forskere formoder, at dette er et tilfælde af ukonventionel superledning, drevet af en anden mekanisme end fononudvekslingen, der karakteriserer binding i de elektron-fonon-koblede superledende elektronpar af konventionel superledning.

Dette, såvel som andre eksotiske egenskaber observeret i metallet, menes at være forbundet med dets multiple "Van Hove-singulariteter" (VHS'er) nær Fermi-niveauet. VHS'er, forbundet med tætheden af ​​tilstande (DOS), eller sæt af forskellige tilstande, som elektroner kan optage på et bestemt energiniveau, kan forstærke korrelationseffekter, når et materiale er tæt på eller når dette energiniveau. Hvis Fermi-niveauet ligger i nærheden af ​​et Van Hove-punkt, bestemmer den ene DOS den fysiske adfærd på grund af det store antal tilgængelige lavenergitilstande. Især bliver interaktionseffekterne forstærket ikke kun i partikel-partiklen, men også i partikel-hul-kanalerne, hvilket fører til forestillingen om konkurrerende ordrer.

Fordi disse VHS'er forbedrer korrelationseffekter, er det afgørende vigtigt at bestemme deres natur og egenskaber. Dette er, hvad der fik forskere ledet af NCCR MARVEL-forskeren professor Ming Shi, seniorforsker ved Photon Science Division ved Paul Scherrer Institute, til at undersøge metallet yderligere. Artiklen "Rich Nature of Van Hove Singularities in Kagome Superconductor CsV₃ Sb₅ ," for nylig offentliggjort i Nature Communications , rapporterer om deres resultater.

VHS'er kan klassificeres i to typer, konventionelle og højere-ordens, og hver er forbundet med karakteristiske træk:konventionelle van Hove-singulariteter involverer en logaritmisk singularitet, men højere-ordens VHS viser en power-lov divergerende DOS. Desuden besidder VHS'er i kagome-gitre særskilte træk i subgitteret, der fører til en reduktion af de lokale elektrostatiske interaktioner mellem elektriske ladninger, hvilket effektivt forbedrer ikke-lokale effekters rolle.

For at undersøge fænomenerne kombinerede forskerne den eksperimentelle tilgang med polarisationsafhængig vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi (ARPES) med den teoretiske tilgang til tæthedsfunktionel teori for direkte at afsløre subgitteregenskaberne af VHS'er i metallet.

De identificerede fire VHS'er, hvoraf tre er tæt på Fermi-niveauet. En af dem, lige under Fermi-niveauet, viser en ekstrem flad spredning, der etablerer den eksperimentelle opdagelse af højere-ordens VHS, sagde forskerne. Dette og andre funktioner er generaliseret til AV3Sb5-familien af ​​kagome-metaller og har en lang række vigtige fysiske implikationer, som er beskrevet i artiklen.

Samlet set kan fremkomsten af ​​flere typer VHS'er nær Fermi-niveauet, afledt af den multi-orbitale natur, inducere en rig konkurrence for forskellige parrings-ustabiliteter og derfor generere adskillige forskellige ordrer afhængigt af små ændringer i elektronfyldningen. Det betyder, at forskere muligvis kan få adgang til og endda tune ordrerne i disse metaller gennem carrier-doping eller eksternt tryk. Begge tilgange bør undersøges yderligere gennem eksperimenter og teori, sagde forskerne. + Udforsk yderligere

Forskere afslører elektronisk karakter af ladningstæthedsbølge og elektron-fonon-kobling i Kagome-superleder