a) La estructura reticular de los metales kagome CsV3 Sb5 . b) Estructura del espacio real de los planos de kagome vanadio. Los colores rojo, azul y verde indican las tres subredes kagome. c) Dos tipos distintos de singularidades de van Hove decoradas con subredes (VHS) en CsV3 Sb5 , etiquetados como tipo p (subred pura, panel izquierdo) y tipo m (mezcla de subred, panel derecho). d) Estructura electrónica calculada por la teoría funcional de la densidad de CsV3 Sb5 . Las flechas rojas marcan los VHS. e) Esquemas del VHS convencional (i) y VHS de orden superior (ii) en sistemas electrónicos bidimensionales. Las curvas grises en (e) indican los contornos de energía constante que muestran características marcadamente planas a lo largo de la dirección ky en VHS de orden superior, como se destaca con la flecha negra. Crédito:@PSI
Los llamados metales kagome, llamados así por el patrón de bambú tejido japonés al que se asemeja su estructura, presentan patrones simétricos de triángulos entrelazados que comparten esquinas. Esta geometría reticular inusual y sus características inherentes conducen, a su vez, a fenómenos cuánticos curiosos como la superconductividad no convencional o de alta temperatura.
El potencial de los dispositivos que podrían transportar electricidad sin disipación a temperatura ambiente, así como la sed de comprensión teórica fundamental, han llevado a los investigadores a investigar esta nueva clase de materiales cuánticos y tratar de descubrir cómo interactúan los electrones con la red de Kagome para generar tal. características notables.
Una clase recientemente descubierta de AV3 Sb5 Se demostró, por ejemplo, que los metales kagome, donde A puede ser =K, Rb o Cs, presentan superconductividad a granel en monocristales a un máximo de Tc de 2,5 K a presión ambiente. Los investigadores sospechan que se trata de un caso de superconductividad no convencional, impulsada por algún mecanismo distinto al intercambio de fonones que caracteriza el enlace en los pares de electrones superconductores acoplados electrón-fonón de la superconductividad convencional.
Se cree que esto, así como otras propiedades exóticas observadas en el metal, están conectadas con sus múltiples "singularidades de Van Hove" (VHS) cerca del nivel de Fermi. Los VHS, asociados con la densidad de estados (DOS), o conjunto de diferentes estados que los electrones pueden ocupar en un nivel de energía particular, pueden mejorar los efectos de correlación cuando un material está cerca o alcanza este nivel de energía. Si el nivel de Fermi se encuentra en la vecindad de un punto de Van Hove, el DOS singular determina el comportamiento físico debido a la gran cantidad de estados de baja energía disponibles. En particular, los efectos de interacción se amplifican no solo en los canales partícula-partícula, sino también en los canales partícula-agujero, lo que lleva a la noción de órdenes en competencia.
Debido a que estos VHS mejoran los efectos de correlación, es de vital importancia determinar su naturaleza y propiedades. Esto es lo que llevó a los investigadores dirigidos por el científico de NCCR MARVEL, el profesor Ming Shi, científico principal de la División de Ciencias de Fotones en el Instituto Paul Scherrer, a investigar más a fondo el metal. El artículo "Naturaleza rica de las singularidades de Van Hove en Kagome Superconductor CsV3 Sb5 ," publicado recientemente en Nature Communications , informa sobre sus hallazgos.
Los VHS se pueden clasificar en dos tipos, convencionales y de orden superior, y cada uno está asociado con características distintivas:las singularidades de van Hove convencionales implican una singularidad logarítmica, pero los VHS de orden superior muestran un DOS divergente de ley de potencia. Además, los VHS en las redes de Kagome poseen características distintas en la subred que conducen a una reducción de las interacciones electrostáticas locales entre las cargas eléctricas, mejorando de manera efectiva el papel de los efectos no locales.
Para investigar los fenómenos, los investigadores combinaron el enfoque experimental de la espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo dependiente de la polarización (ARPES) con el enfoque teórico de la teoría funcional de la densidad para revelar directamente las propiedades de la subred de los VHS en el metal.
Identificaron cuatro VHS, tres de los cuales están cerca del nivel de Fermi. Uno de ellos, justo por debajo del nivel de Fermi, muestra una dispersión extremadamente plana, lo que establece el descubrimiento experimental de VHS de orden superior, dijeron los investigadores. Esta y otras características se generalizan a la familia AV3Sb5 de metales kagome y tienen una amplia gama de implicaciones físicas importantes, detalladas en el documento.
En general, la aparición de múltiples tipos de VHS cerca del nivel de Fermi, derivados de la naturaleza multiorbital, puede inducir una rica competencia por varias inestabilidades de emparejamiento y, por lo tanto, generar numerosos órdenes diferentes dependiendo de pequeños cambios en el llenado de electrones. Esto significa que los investigadores pueden acceder e incluso ajustar los pedidos en estos metales a través del dopaje del portador o la presión externa. Ambos enfoques deben investigarse más a fondo a través de experimentos y teorías, dijeron los investigadores. Investigadores revelan la naturaleza electrónica de la onda de densidad de carga y el acoplamiento electrón-fonón en el superconductor Kagome
