Atomistic Origin of Diverse Charge Density Wave States in CsV3Sb5

哈密顿量(控制论) 电荷密度波 物理 凝聚态物理 反向 电荷(物理) 超导电性 材料科学 量子力学 数学优化 数学 几何学
作者
Binhua Zhang,Hengxin Tan,Binghai Yan,Changsong Xu,Hongjun Xiang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:132 (9)
标识
DOI:10.1103/physrevlett.132.096101
摘要

Kagome metals AV_{3}Sb_{5} (A=K, Rb, or Cs) exhibit intriguing charge density wave (CDW) instabilities, which interplay with superconductivity and band topology. However, despite firm observations, the atomistic origins of the CDW phases, as well as hidden instabilities, remain elusive. Here, we adopt our newly developed symmetry-adapted cluster expansion method to construct a first-principles-based effective Hamiltonian of CsV_{3}Sb_{5}, which not only reproduces the established inverse star of David (ISD) phase, but also predict a series of D_{3h}-n states under mild tensile strains. With such atomistic Hamiltonians, the microscopic origins of different CDW states are revealed as the competition of the second-nearest neighbor V-V pairs versus the first-nearest neighbor V-V and V-Sb couplings. Interestingly, the effective Hamiltonians also reveal the existence of ionic Dzyaloshinskii-Moriya interaction in the high-symmetry phase of CsV_{3}Sb_{5} and drives the formation of noncollinear CDW patterns. Our work thus not only deepens the understanding of the CDW formation in AV_{3}Sb_{5}, but also demonstrates that the effective Hamiltonian is a suitable approach for investigating CDW mechanisms, which can be extended to various CDW systems.

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