Estudo da estrutura eletrônica de metais kagome reforça a compreensão de fenômenos correlacionados
a) A estrutura de rede dos metais kagome CsV3 Sb5 . b) Estrutura espacial real dos planos kagome vanádio. As cores vermelha, azul e verde indicam as três sub-redes kagome. c) Dois tipos distintos de singularidades de van Hove decoradas por sub-rede (VHSs) em CsV3 Sb5 , rotulado como tipo p (sub-rede pura, painel esquerdo) e tipo m (mistura de sub-rede, painel direito). d) A teoria do funcional da densidade calculou a estrutura eletrônica de CsV3 Sb5 . As setas vermelhas marcam os VHSs. e) Esquemas do VHS convencional (i) e VHS de ordem superior (ii) em sistemas eletrônicos bidimensionais. As curvas cinza em (e) indicam os contornos de energia constante que mostram características marcadamente planas ao longo da direção ky em VHS de ordem superior, conforme destacado pela seta preta. Crédito:@PSI
Os chamados metais kagome, em homenagem ao padrão de bambu tecido japonês que sua estrutura se assemelha, apresentam padrões simétricos de triângulos entrelaçados de compartilhamento de cantos. Essa geometria de rede incomum e suas características inerentes levam, por sua vez, a fenômenos quânticos curiosos, como a supercondutividade não convencional ou de alta temperatura.
O potencial de dispositivos que podem transportar eletricidade sem dissipação à temperatura ambiente – bem como a sede de compreensão teórica fundamental – levaram os pesquisadores a investigar essa nova classe de materiais quânticos e tentar descobrir como os elétrons interagem com a rede kagome para gerar tal características notáveis.
Uma classe recentemente descoberta de AV
3 Sb
5 metais kagome, onde A pode ser =K, Rb ou Cs, mostrou, por exemplo, apresentar supercondutividade em massa em monocristais em um máximo
Tc de 2,5
K à pressão ambiente. Os pesquisadores suspeitam que este seja um caso de supercondutividade não convencional, impulsionado por algum mecanismo diferente da troca de fônons que caracteriza a ligação nos pares de elétrons supercondutores supercondutores acoplados elétron-fônon da supercondutividade convencional.
Acredita-se que isso, assim como outras propriedades exóticas observadas no metal, estejam conectadas às suas múltiplas "singularidades de Van Hove" (VHSs) próximas ao nível de Fermi. Os VHSs, associados à densidade de estados (DOS), ou conjunto de diferentes estados que os elétrons podem ocupar em um determinado nível de energia, podem potencializar os efeitos de correlação quando um material está próximo ou atinge esse nível de energia. Se o nível de Fermi estiver próximo de um ponto de Van Hove, o DOS singular determina o comportamento físico devido ao grande número de estados de baixa energia disponíveis. Em particular, os efeitos de interação são amplificados não apenas nos canais partícula-partícula, mas também nos canais partícula-buraco, levando à noção de ordens concorrentes.
Como esses VHSs aumentam os efeitos de correlação, é extremamente importante determinar sua natureza e propriedades. Foi isso que levou os pesquisadores liderados pelo cientista do NCCR MARVEL, Professor Ming Shi, cientista sênior da Divisão de Ciência de Fótons do Instituto Paul Scherrer, a investigar mais o metal. O artigo "Rich Nature of Van Hove Singularities in Kagome Superconductor CsV
3 Sb
5 ," publicado recentemente em
Nature Communications , relata suas descobertas.
Os VHSs podem ser classificados em dois tipos, convencionais e de ordem superior, e cada um está associado a características distintas:as singularidades de van Hove convencionais envolvem uma singularidade logarítmica, mas os VHS de ordem superior mostram um DOS divergente da lei de potência. Além disso, VHSs em redes kagome possuem características distintas na sub-rede que levam a uma redução das interações eletrostáticas locais entre cargas elétricas, potencializando efetivamente o papel dos efeitos não locais.
Para investigar os fenômenos, os pesquisadores combinaram a abordagem experimental da espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo dependente de polarização (ARPES) com a abordagem teórica da teoria do funcional da densidade para revelar diretamente as propriedades da sub-rede de VHSs no metal.
Eles identificaram quatro VHSs, três dos quais estão próximos ao nível de Fermi. Um deles, logo abaixo do nível de Fermi, exibe uma dispersão extremamente plana, estabelecendo a descoberta experimental de VHS de ordem superior, disseram os pesquisadores. Esta e outras características são generalizadas para a família AV3Sb5 de metais kagome e têm uma ampla gama de implicações físicas importantes, detalhadas no artigo.
No geral, o aparecimento de vários tipos de VHSs próximos ao nível de Fermi, derivados da natureza multi-orbital, pode induzir uma rica competição por várias instabilidades de emparelhamento e, portanto, gerar inúmeras ordens diferentes dependendo de pequenas mudanças no preenchimento de elétrons. Isso significa que os pesquisadores podem acessar e até sintonizar os pedidos nesses metais por meio de dopagem do transportador ou pressão externa. Ambas as abordagens devem ser mais investigadas através de experimentos e teorias, disseram os pesquisadores.
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