a) La struttura a reticolo dei metalli kagome CsV3 Sb5 . b) Struttura spaziale reale dei piani del kagome vanadio. La colorazione rossa, blu e verde indica i tre sottoreticoli kagome. c) Due tipi distinti di sublattice decorati singolarità di van Hove (VHS) in CsV3 Sb5 , etichettato come tipo p (sublattice pure, pannello sinistro) e tipo m (miscelazione sublattice, pannello destro). d) La teoria del funzionale della densità ha calcolato la struttura elettronica di CsV3 Sb5 . Le frecce rosse segnano i VHS. e) Schemi del VHS convenzionale (i) e del VHS di ordine superiore (ii) in sistemi elettronici bidimensionali. Le curve grigie in (e) indicano i contorni di energia costante che mostrano caratteristiche marcatamente piatte lungo la direzione ky in VHS di ordine superiore, come evidenziato dalla freccia nera. Credito:@PSI
I cosiddetti metalli kagome, che prendono il nome dal motivo di bambù intrecciato giapponese a cui assomiglia la loro struttura, presentano motivi simmetrici di triangoli intrecciati che condividono gli angoli. Questa insolita geometria del reticolo e le sue caratteristiche intrinseche portano, a loro volta, a curiosi fenomeni quantistici come la superconduttività non convenzionale o ad alta temperatura.
Il potenziale per dispositivi che potrebbero trasportare elettricità senza dissipazione a temperatura ambiente, così come la sete di comprensione teorica fondamentale, hanno portato i ricercatori a studiare questa nuova classe di materiali quantistici e cercare di capire come gli elettroni interagiscono con il reticolo kagome per generare tali caratteristiche notevoli.
Una classe di AV3 scoperta di recente Sb5 kagome metalli, dove A può essere =K, Rb o Cs, ha dimostrato, ad esempio, di presentare superconduttività di massa nei cristalli singoli a un massimo Tc di 2,5 K a pressione ambiente. I ricercatori sospettano che questo sia un caso di superconduttività non convenzionale, guidata da qualche meccanismo diverso dallo scambio fononico che caratterizza il legame nelle coppie di elettroni superconduttori accoppiati elettrone-fonone della superconduttività convenzionale.
Si pensa che questa, così come altre proprietà esotiche osservate nel metallo, siano collegate alle sue molteplici "singolarità di Van Hove" (VHS) vicino al livello di Fermi. I VHS, associati alla densità degli stati (DOS), o insieme di stati diversi che gli elettroni possono occupare a un particolare livello di energia, possono aumentare gli effetti di correlazione quando un materiale è vicino o raggiunge questo livello di energia. Se il livello di Fermi si trova in prossimità di un punto di Van Hove, il singolare DOS determina il comportamento fisico dovuto al gran numero di stati di bassa energia disponibili. In particolare, gli effetti di interazione vengono amplificati non solo nella particella-particella, ma anche nei canali particella-buca, portando alla nozione di ordini concorrenti.
Poiché questi VHS migliorano gli effetti di correlazione, è di fondamentale importanza determinarne la natura e le proprietà. Questo è ciò che ha spinto i ricercatori guidati dallo scienziato NCCR MARVEL Professor Ming Shi, scienziato senior presso la Photon Science Division del Paul Scherrer Institute, a indagare ulteriormente sul metallo. Il documento "Rich Nature of Van Hove Singularities in Kagome Superconductor CsV3 Sb5 ," pubblicato di recente in Nature Communications , riferisce sui loro risultati.
I VHS possono essere classificati in due tipi, convenzionali e di ordine superiore, e ciascuno è associato a caratteristiche distintive:le singolarità di van Hove convenzionali implicano una singolarità logaritmica ma i VHS di ordine superiore mostrano un DOS divergente di legge di potenza. Inoltre, i VHS nei reticoli kagome possiedono caratteristiche distinte nel sottoreticolo che portano a una riduzione delle interazioni elettrostatiche locali tra cariche elettriche, migliorando efficacemente il ruolo degli effetti non locali.
Per studiare i fenomeni, i ricercatori hanno combinato l'approccio sperimentale della spettroscopia di fotoemissione ad angolo risolta dipendente dalla polarizzazione (ARPES) con l'approccio teorico della teoria del funzionale della densità per rivelare direttamente le proprietà del subreticolo dei VHS nel metallo.
Hanno individuato quattro VHS, tre delle quali vicine al livello di Fermi. Uno di loro, appena al di sotto del livello di Fermi, mostra una dispersione estremamente piatta, stabilendo la scoperta sperimentale di VHS di ordine superiore, hanno detto i ricercatori. Questa e altre caratteristiche sono generalizzate alla famiglia di metalli kagome AV3Sb5 e hanno un'ampia gamma di importanti implicazioni fisiche, descritte in dettaglio nel documento.
Nel complesso, la comparsa di più tipi di VHS vicino al livello di Fermi, derivata dalla natura multiorbitale, può indurre una ricca competizione per varie instabilità di accoppiamento e quindi generare numerosi ordini diversi a seconda di piccoli cambiamenti nel riempimento degli elettroni. Ciò significa che i ricercatori potrebbero essere in grado di accedere e persino sintonizzare gli ordini in questi metalli attraverso il doping del vettore o la pressione esterna. Entrambi gli approcci dovrebbero essere ulteriormente studiati attraverso esperimenti e teoria, hanno affermato i ricercatori. + Esplora ulteriormente
