通过单轴应变揭示 CsV$_3$Sb$_5$ 中电荷密度波与超导的竞争

本文报道了沿晶体 $a$ 轴施加的单轴应变 $\varepsilon$ 对新近发现的 kagome 超导体 CsV$_3$Sb$_5$ 的影响。在环境条件下，CsV$_3$Sb$_5$ 在 $T_{\rm CDW}=94.5$ K 处出现电荷密度波(CDW)转变，并在 $T_C = 3.34$ K 以下超导。在我们的研究中，当单轴应变 $\varepsilon$ 从 $-0.90\%$ 变化到 $0.90\%$ 时，$T_C$ 从 3.0 K 单调增加约 $33\%$ 至 4.0 K，给出经验关系 $T_C (\varepsilon)=3.4+0.56\varepsilon+0.12\varepsilon^2$。另一方面，对于从 $-0.76\%$ 到 $1.26\%$ 变化的 $\varepsilon$，$T_{\rm CDW}$ 从 97.5 K 单调下降约 $10\%$ 至 87.5 K，满足 $T_{\rm CDW}(\varepsilon)=94.5-4.72\varepsilon-0.60\varepsilon^2$。$T_C$ 与 $T_{\rm CDW}$ 对单轴应变的相反响应表明这两种序之间存在强烈竞争。与静水压测量比较表明，正是 $c$ 轴的变化导致了 CDW 和超导转变的这些行为，而应变对六重旋转对称性的显式破缺影响可忽略。结合我们的第一性原理计算和唯象分析，我们得出结论：$T_C$ 随 $c$ 减小而增强主要是由 $T_{\rm CDW}$ 的抑制引起，而非应变诱导的裸超导参数修正。我们提出，$T_{\rm CDW}$ 对 $c$ 轴变化的敏感性源于后者对与 CDW 相关的 $M_1^+$ 和 $L_2^-$ 声子模之间三线性耦合的影响。总体而言，我们的工作揭示出可由压力和单轴应变共同调控的 $c$ 轴晶格参数是 CsV$_3$Sb$_5$ 相图的一个有力调节旋钮。