PRL | 复旦大学徐长松、向红军课题组揭示CsV₃Sb₅中不同电荷密度波态的原子起源

近日，复旦大学物理学系徐长松青年研究员课题组和向红军教授课题组在CsV3Sb5的电荷密度波研究中取得进展。相关成果以“Atomistic Origin of Diverse Charge Density Wave States in CsV3Sb5”为题，于2024年2月29日发表在Phys. Rev. Lett.上。

Kagome金属AV3Sb5（A= K、Rb或Cs）表现出有趣的电荷密度波（CDW）不稳定性，这可能与超导性和能带拓扑相关联。然而，尽管已经有了实验观测结果，该体系中电荷密度波相的原子起源以及隐藏的不稳定性仍然难以捉摸。本文基于PASP软件中的对称性分析方法，构建了基于第一性原理的CsV3Sb5有效哈密顿量，不仅再现了已有的逆大卫星（ISD）相，而且预测了轻微拉伸应变下的一系列D3h-n态。结合这种原子哈密顿量分析，CsV3Sb5中电荷密度波态的微观起源被揭示为第二近邻V-V与第一近邻V-V和V-Sb耦合的竞争。

此外，有效哈密顿量也表明CsV3Sb5高对称相中存在离子的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（i-DMI），其符号正负对理解非共线ISD态和D3h-n态的切换尤为重要。该工作证实了有效哈密顿量是研究电荷密度波机制的合适方法，不仅增进了对AV3Sb5中电荷密度波形成机制的理解，而且可以推广到其它体系中。

图1：CsV₃Sb₅原子晶体结构，声子谱和虚频振动模式。

图2：CsV₃Sb₅中不同的电荷密度波态。

图3：CsV₃Sb₅的有效哈密顿量研究与蒙特卡罗模拟。

图4：CsV₃Sb₅中1NN i-DMI的示意图和V原子可能的畸变模式。

复旦大学物理学系博士后张宾花为论文第一作者，徐长松青年研究员和向红军教授为共同通讯作者。以色列魏茨曼科学研究所谭恒心博士后研究员和颜丙海教授参与了该工作。该工作获得了复旦大学物理系，计算物质科学教育部重点实验室，应用表面物理国家重点实验室，国家科技部，国家自然科学基金委，上海期智研究院等的大力支持与资助。向红军课题组主要从事计算凝聚态物理、计算方法和程序发展、机器学习应用等方面的研究。徐长松课题组主要开展计算凝聚态物理（有效哈密顿量、多铁、磁性、斯格明子等）方面的研究。

论文链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.096101.

来源：复旦大学，爱科会易仅用于学术交流。