大磁阻化合物二碲化鎢中壓力誘導(dǎo)的超導(dǎo)電性研究獲進(jìn)展

文章來(lái)源：物理研究所    發(fā)布時(shí)間：2015-08-13  

二碲化鎢（WTe2）是具有層狀結(jié)構(gòu)的過(guò)渡族金屬硫族化合物，在其正交晶胞中鎢鏈沿著碲層的a軸方向呈一維分布，是一種非磁性的半金屬材料。WTe2以其良好的熱電性能早已為人們所認(rèn)知，普林斯頓大學(xué)教授Cava研究組在2014年意外地發(fā)現(xiàn)WTe2在常壓下具有不飽和的大磁阻（LMR）特性【Nature, 514 (2014) 205】，即在磁場(chǎng)下這種材料表現(xiàn)出異常大的正電阻效應(yīng)，而且在非常高的磁場(chǎng)下也不飽和。這種特性不僅為其在電子器件方面的應(yīng)用提供了潛在的可能，同時(shí)也為大磁阻材料的研究開(kāi)辟了新的方向。在半金屬中，非常高的磁阻是由于空穴-電子間的“共振”所產(chǎn)生的，而WTe2是第一種人們發(fā)現(xiàn)的具有這種完美共振的材料。

最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所／北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)超導(dǎo)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室SC4組研究員孫力玲和博士生康德芬、周亞洲等與物理所副研究員石有國(guó)、清華大學(xué)教授張廣明合作，對(duì)WTe2的高壓行為進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究，發(fā)現(xiàn)在壓力的作用下LMR現(xiàn)象得到了連續(xù)的抑制，最終在約10.5 GPa壓力下消失，同時(shí)呈現(xiàn)出超導(dǎo)電性。在13 GPa壓力下出現(xiàn)最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc = 6.5 K），在更高的壓力下Tc連續(xù)下降，在24 GPa時(shí)，Tc = 2.6K。高壓原位霍爾測(cè)量表明，在LMR完全被抑制和出現(xiàn)超導(dǎo)電性的臨界壓力下，霍爾系數(shù)由正值變?yōu)樨?fù)值，揭示出在該臨界壓力下發(fā)生了具有費(fèi)米面重構(gòu)的量子相變，這類相變通?？梢杂肔ifshitz相變來(lái)描述。高壓同步輻射XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)WTe2在20.1GPa壓力以下沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)相變，但在臨界壓力下c軸被壓縮了6.5%，其壓縮比例是a軸壓縮率的10倍，是b軸壓縮率的兩倍，說(shuō)明在該臨界壓力點(diǎn)處費(fèi)米面的重構(gòu)伴有強(qiáng)烈各向異性的晶格縮減。

超導(dǎo)電性常常與電子有序態(tài)密切相關(guān)，其關(guān)聯(lián)性一直是超導(dǎo)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題之一。該研究首次在近鄰LMR態(tài)中發(fā)現(xiàn)了壓致超導(dǎo)現(xiàn)象，豐富了人們對(duì)超導(dǎo)態(tài)與其它量子態(tài)關(guān)聯(lián)性的研究?jī)?nèi)容，該研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications, 6 (2015) 7804上。

圖1. WTe2樣品高壓同步輻射XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(a)不同壓力下X射線衍射譜。在所研究的壓力范圍內(nèi)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)壓致結(jié)構(gòu)相變。(b)-(c) 壓力與樣品晶格常數(shù)的關(guān)系。(d) 壓力與樣品體積的關(guān)系。