可切换的手性运输，以电荷订购的Kagome Metal CSV3SB5

　　对称性在确定物质特性中所扮演的作用几乎不能被夸大 。两个相反的极端在晶体固体中特别有趣。较高的对称性限制了模仿自由颗粒的新兴自由度，例如 ，在低能的情况下恢复了几乎完整的lorentz群体的无质量狄拉克或韦伊尔费米子
。11,12,13,14。第二种方法是研究具有新反应的低对称系统 。其中，以“手性 ”为特征的不对称系统在生物学
，化学和物理学15,16中起着特殊的作用
。晶体在结构上是手性的，如果它们没有镜子 ，反转或旋转对称性
，从而产生左手和右手的对映体。这种手性可以印在晶体的新兴激发上，然后也以明确的手触感为特征 。结构性手性与时间反转对称性（TRS）的破坏之间的相互作用尤其令人感兴趣 ，因为它将静态手性与时间过程联系起来
，例如生长，催化和波传播17
。由于手性和TR的破裂而共同出现的响应函数称为磁性疾病各向异性。18 。具体而言 ，在金属中
，研究了电子磁性磁病毒各向异性（EMCHA），它为检测 ，操纵和利用电子手性特性的可能性开辟了1,2,3,4,5,6的可能性
。 　　EMCHA通常是指由于施加的电流I和外部磁场B引起的电阻R的变化
，该电流I和外部磁场B通常表示为R（B，I）= R0（1+μ2b2+γ±BI）1（见图1）。非磁金属中的时间反转对称性甚至在场内也会强制磁性 ，通常采用半古典形式的形式μ2B2，其中μ是迁移率 。标量产物BI仅在没有空间反射对称性的手性晶体中允许
，因此出现Emcha
。它的强度由耦合常数γ±描述，这是两个对映异构体的相反符号 ，并且在各向异性导体中是紧张的。在低频A.C.下
，相关的第二谐电压产生最常检测到EMCHA 。电流为4v2Ω/vΩ=ΔR/r，其中ΔR= r（b ，i）-r（b
，-i）表示奇数循环，r = r（b ，i）+r（b
，b，-i）表示对电阻率的均匀贡献。 　　要显示EMCHA ，导体必须打破反转对称性
，当它的宏观形状为chiral2,3时，在任何金属中都可以作为弱效应 ，例如，在线圈中（图1）
。或者
，具有手性晶体结构的材料1,4通常显示出任何导体形状的EMCHA。我们注意到，此处提到的对称性阶段的“手性电子结构”不一定必须具有手性空间群的对称性 。在分层的准二维化合物中 ，当平面镜面对称性损坏时
，将结构称为“手性
”，而Mz镜像对称性仍然完好无损
。但是 ，这种缺乏平面镜像对称性足以使我们的测量几何形状观察Emcha。EMCHA表达了不同触手可及的散射过程之间的不平衡
，这可能是由于手性晶体中载体的固有握力或外在的手性缺陷而发生的，如塑料扭曲的导体中 。当电子相互作用形成手性材料中的有序相时 ，例如
，在手性磁铁中，可以通过散射 ，例如
，出现的手性旋转质地5,6来进一步扩增emcha
。 　　在这项工作中，我们在CSV3SB5的矩形条中演示了Emcha ，这是一种分层金属，其中钒原子形成kagome网。在该系统中
，在低温下出现了一系列相关对称性的电子相7,10,19,20,21,22，包括低于TCDW≈94K的电荷密度波（CDW）状态 ，以及低于TC的超电导率
，低于TC≈2.5K（Refs 。19,23,24,24,255,26,26,27）
。实验证据在k处的电荷级相内进行了进一步的过渡，并伴随着另外的4A0单向顺序订购向量7和时间反向对称性破坏8,9,10。我们的主要观察结果突然出现了强烈的手性运输 。至关重要的是 ，该系统是在高温下进行中心对称的
，但是相关的镜子对称性被巡回载体的相关阶段自发折断（图1）
。在扫描隧道显微镜（STM）实验中，已经观察到了CDW相内电子结构的可逆手性。28 。请注意 ，随附的晶体失真是如此弱
，以至于低温晶体结构仍在积极争论7,24,29,30。与与镜像有很大不同的结构性手性晶体相反，在这里 ，对映异构体之间的差异是微妙的
，并且测试了实验分辨率的限制
。因此，在这种化合物中对Emcha本身的观察表明了其新颖的起源。结果 ，可以切换材料的手性本身，从而导致CSV3SB5中可进行场切换的手性运输 。 　　为了真正从自发对称性破裂中降低对称性
，至关重要的是避免任何可能明确破坏对称性的意外应变场
。为此，我们将晶体条与其支持的substrate31尽可能地机械地解脱出来（图2A）。这种结构由金色涂层的Sinx膜（200 nm厚）弹簧机械支撑 ，并且差异热收缩应变估计小于20 bar 。手性转运的任何特征在参考实验中都消失了
，甚至由刚性底物耦合引起的适度应变场（请参阅方法），证明了电荷顺序和晶格扭曲之间的强耦合 ，这在CDW Systems中并不令人惊讶
。这为相反的STM实验提供了自然的解释28,33。 　　我们的主要观察结果是出现了相当大的第二谐波响应V2Ω与低频传输电流（7 Hz）的出现
，这清楚地证明了在低温下电荷订购状态内手性转运引起的二极管样行为（图2） 。首先，我们讨论了平面内磁场下的平面外电流 ，该电场故意将0.5°与Kagome平面未对准
。在零场和t = 5 k
，就在超导过渡上方的上方，未观察到第二个谐波 ，但是信号随着磁场的增加而迅速生长。它的场依赖性由V2ΩB3很好地描述了18 t
，这是实验可访问的最高场 。这与结构性手性材料的行为（例如α-TE（参考文献1））显着不同，其中V2Ω显示线性场依赖性 ，ΔR/r =γ±bi（参考文献1）
。这表明由γ±（b）给出的EMCHA本身的大小依赖于场。 　　EMCHA取决于场和电流的相对方向，因此
，即使在非线性场景中，V2Ω（b）也必须在磁场极性逆转时改变符号 ，正如实验性观察到的那样 。这种反对称场的依赖性为焦耳加热的第二次谐波电压产生的推定热起源提供了有力的证据
，因为线性磁磁性甚至在磁场中（请参阅方法）。在B = 10 T上方也观察到明显的量子振荡，这表明Landau量化对EMCHA的影响
。在具有不同机械安装方法的两个设备中始终如一地观察到这种行为 ，这使得由于不太可能的软安装结构而导致潜在的扭矩伪像。平面内运输的形状相同的样品探测不会在任何场合构型下显示第二次谐波产生
，这表明EMCHA仅在平面内传输中相关（请参见方法） 。 　　为了进一步表征EMCHA并阐明其在这种几乎中心对称材料中的起源，我们接下来转向V2Ω的温度依赖性
。图2B显示了无反对化的原始V2Ω（B）。然而 ，在升高的温度下
，弱热第二次谐波产生会掩盖手性传输特征 。因此，我们专注于反对称分量ΔV2Ω=V2Ω（18 t）-v2Ω（-18 t）（有关完整数据 ，请参见方法）
。在TCDW以上的高温下
，未预期观察到未观察到ΔV2Ω。向CDW状态的过渡显然是在TCDW处的ΔV2Ω中的尖峰，我们与R（t）的非分析性相关 。连续的反对称第二谐波信号仅在低于70 K的温度下出现
。随着温度降低 ，其缓慢的增加在35 K处加速，这显然是对数尺度上斜率的变化。在较低的温度下
，ΔV2Ω显着增加并以其最大值低于3 k的含量饱和 。尽管我们的观察结果仅证明缺乏手性散射，并且不排除TCDW的手性顺序仅仅不会影响运输 ，但我们的结果暗示了次要过渡或在较低温度下的次级过渡或交叉
。特别是
，这种温度依赖性与从STM实验7和大型异常的Nernst效应获得的4A0 CDW矢量（Q4A0）的傅立叶变换强度都非常吻合。这种对应关系证明了单向电荷顺序，电子手性和隐藏磁通量之间的直接连接 。MUON - 释放实验的结果进一步支持了这种一致性 ，这表明TRS在70 K左右的破裂开始
，随后在30 K时对局部场分布进行重新排列（参考文献8,9,10）。 　　当场取向相对于kagome平面而变化时，CSV3SB5中EMCHA的异常性质变得显而易见（θ= 0°表示平面内场方向；图3）
。在较大的场角（θ> 10°）中未观察到V2Ω。仅在狭窄的角度范围内 ，θ=±10°
，当场角接近θ= 0°时，V2Ω才会迅速生长 。它达到了θ≈0
。5° ，最大值
，图2中先前讨论的配置。对于较小的θ，v2Ω迅速减小 ，而kagome平面内的田地（θ= 0°）的磁场消失 。在进一步旋转到小负θ时，信号重复但具有相反的符号
。这标志着数据的最引人注目的方面：倾斜跨kagome网的磁场改变了材料的惯用性。旋转场1°几乎不会改变B
，因此V2Ω的突然符号变化意味着向相反的对映异构体的过渡 。此外，信号的幅度在提高温度或降低场强时大大降低 ，而平面内场处的角度范围和尖锐的异常持续存在
。在高于35 k的温度下
，峰几乎无法观察到，而微弱的残留异常反映了上方V2Ω的指数下降（图2D）。旋转曲线略有歇斯底里；但是 ，鉴于陡峭的过渡的清晰度
，不可能将固有的磁滞与旋转器的机械反向震动区分开 。 　　电子手性的磁性操纵的可能性和易度性提出了CSV3SB5的独特电磁响应
。它表明，低温状态与简单的手性电荷重新分布有所不同 ，例如在3Q手性CDW35 TISE2状态中。这样的静态电荷重新分布只能通过高阶相互作用耦合到磁场
，其涉及的晶格响应使其在低于TCDW以下的温度下轻松地操纵不可能 。取而代之的是，CSV3SB5中的实验情况指向耦合TRS破裂 ，包括TCDW的随之而来的磁异常
，现场可调性以及MUON光谱实验8,9。作为该相关状态的微观图片，已经提出了kagome平面中的轨道环流相 ，这与这些实验观察结果一致22,36,37
。 　　尽管具有异国情调的特性，但CSV3SB5中的EMCHA可以在现有的理论框架内合理化。对于高磁场
，对于小角度θ，CSV3SB5的磁性在B中大约是线性的（请参见图3D的插图） 。对于具有密度波订单的材料38的材料确实并不意外 ，并且在许多半学39,40中也观察到
。这标志着与以前的EMCHA研究的关键差异
，其中常规电阻R（B，I）+R（B ，-I）≈2R0保持近似独立。这以及EMCHA系数γ的强θ依赖性意味着EMCHA不能以恒定的张量为特征
，就像传统EMCHA材料的文献中的常见实践一样 。但是，对于给定的磁场强度| B | ，我们可以通过计算Δr/（rbj）=4v2Ω/（vΩBJ）来获得有关EMCHA幅度的一些见解
。与其他系统的定量比较
，电流密度j（见图3D）1。当文献中常用的手性材料中，当它是野外独立的参数时 ，数量ΔR/（RBJ）等于常数γ 。在b = 18 t和θ= 0.5°时
，我们发现Δr/（rbj）≈2.4×10-11 m2 t -1 a -1
。相比之下，该值小于其在T-TE（参考文献1）（10-8 m2 t-1 A-1）和TTF-CLO4（参考文献4）（10-10 M2; T-1 A-1）中的创纪录观察结果 ，为此，与Crnbs crnbs crnbs crnbs crnbs crnbs crnbs较大
，在相对较大的emcha中产生独特的结构性chirality，例如（10-12 M2 T -1 A -1）和MNSI（参考文献6）（10-13 M2 T -1 A -1） ，其中手性旋转纹理在EMCHA中起主要作用。 　　由于常规的EMCHA分析仅适用于具有可忽略的磁化磁性的材料
，因此在电导率方面的描述更合适，可以进一步捕获CSV3SB5中响应的最低阶段场调节行为（请参阅方法） 。对于纯粹的纵向运输和可忽略的霍尔电阻率 ，电导是电阻的倒数
，因此类似于EMCHA的通常分析，对于电导率 ，我们编写σ+δσ≈1/r -ΔR/2R2（请参阅方法）
。因此
，我们可以提取，其中vΩ现在在B中用于大磁场的B中。对于大约平面内应用的场 ，δσ在b中大约是线性的
，这是磁场和电流之间的最低顺序耦合（请参阅方法），并且自然解释了V2Ω的B3依赖性 。δσ的线性场依赖性产生了与场无关的一阶导数∂（Δσ）/∂b（见图4）。然后 ，对于小θ，突然的符号逆转（Δσ）/∂b表明该场的平面成分BZ对系统具有非扰动效应
，我们分别对其进行处理，而平面成分是对线性序列的扰动
。换句话说 ，我们写。请注意
，这种耦合仅适用于破坏y -y镜像对称性的系统 。对于Δσ（B，IX）消失了 ，对于镜子对称z -z
，无需得出类似的结论
。 　　在我们的实验中看到的δσ的行为表明，CSV3SB5中的电荷顺序：（1）在同一温度方案中的平面外磁场中 ，可以通过平面磁场来操纵平面内镜子对称性
，至少低于35 K和（2）。因此，我们确定CSV3SB5中电荷顺序手学的可调性 ，以前在STM实验中看到的是非常规电荷顺序的宏观体积特性 。 　　我们进一步提出了以下定性方案
，这与我们的实验观察结果的完整θ依赖性以及通过本地探针技术确认的呼吁是一致的（图4）
。BZ是Kagome-NET物理学中的自然调整参数，这是我们的实验和STM实验所证明的。类似于软铁磁铁 ，BZ的大值（大θ）诱导了完全极化的单病毒状态 。在这种极化状态下，只有固有的手性散射过程会诱导EMCHA
，而EMCHA通常是弱的
。当田地向平面倾斜时，BZ降低了 ，并且出现了相反的手性域
，它们充当理想的手性散射中心。因此，域壁散射会导致强大的外部EMCHA 。自然 ，诸如STM之类的局部探针会观察到手性结构
，有时会观察到它们之间所需的域边界，因为实际上是实验情况28,33
。在非常接近平面的田地的较小BZ处 ，两种手势在对称上似乎是平均的探针
，例如运输，观察到具有消失EMCHA的宏观对称导体。如果该领域进一步转动 ，则会出现一个完全对称的过程
，但具有多数和少数族裔手性的角色 。 　　在这种情况下，手性切换是由BZ独立于面积独立的BZ驱动的 ，尤其是在实验中未观察到没有EMCHA的完全平面场外。但是，与结构手性系统不同
，这里的磁场起着双重作用
。BZ敏感地改变了∂（Δσ）/∂b的符号，而大型内部场对于观察有限的EMCHA为ΔσIZB至关重要。鉴于CSV3SB5中可野外切换的手性传输与手性域之间的密切关系 ，值得探索其在具有可疑手性轨道环电流的其他材料中的通用性 。 　　尽管较小的幅度和极端环境条件可能排除了CSV3SB5的直接应用
，但它表明自发对称性破坏可用于将外部田间的小变化转变为手性导体响应函数的奇异变化
。鉴于与电荷级相的中心对称性的微妙偏差，相关状态中EMCHA的出现要求采用新的理论方法来识别微观机制。相关材料中的众多竞争基础状态产生了它们的多功能性和可调性 ，现在为手性运输提供了一种新的方法 。在这个方向上
，可接触的手性传输在CSV3SB5的Kagome平面上的高度沮丧，相互作用的电子系统的新兴图像增加了一个新的方面
。尽管EMCHA的幅度出乎意料地很大 ，但这些结果与最近的作品充满了联系
，这些作品表明，电荷订购的状态为手性 ，而TRS打破了8,9,10,28。类似于在多表情中耦合订单的主题
，在诸如CSV3SB5之类的材料中出现了一系列新响应功能，具有多个相互缠绕的顺序参数 。