大磁阻化合物二碲化鎢中壓力誘導的超導電性研究獲進展

文章來源：物理研究所    發布時間：2015-08-13  

二碲化鎢（WTe2）是具有層狀結構的過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知，普林斯頓大學教授Cava研究組在2014年意外地發現WTe2在常壓下具有不飽和的大磁阻（LMR）特性【Nature, 514 (2014) 205】，即在磁場下這種材料表現出異常大的正電阻效應，而且在非常高的磁場下也不飽和。這種特性不僅為其在電子器件方面的應用提供了潛在的可能，同時也為大磁阻材料的研究開辟了新的方向。在半金屬中，非常高的磁阻是由于空穴-電子間的“共振”所產生的，而WTe2是第一種人們發現的具有這種完美共振的材料。

最近，中國科學院物理研究所／北京凝聚態物理國家實驗室(籌)超導國家重點實驗室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、清華大學教授張廣明合作，對WTe2的高壓行為進行了系統、深入的研究，發現在壓力的作用下LMR現象得到了連續的抑制，最終在約10.5 GPa壓力下消失，同時呈現出超導電性。在13 GPa壓力下出現最高超導轉變溫度（Tc = 6.5 K），在更高的壓力下Tc連續下降，在24 GPa時，Tc = 2.6K。高壓原位霍爾測量表明，在LMR完全被抑制和出現超導電性的臨界壓力下，霍爾系數由正值變為負值，揭示出在該臨界壓力下發生了具有費米面重構的量子相變，這類相變通常可以用Lifshitz相變來描述。高壓同步輻射XRD實驗結果證實WTe2在20.1GPa壓力以下沒有出現結構相變，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，說明在該臨界壓力點處費米面的重構伴有強烈各向異性的晶格縮減。

超導電性常常與電子有序態密切相關，其關聯性一直是超導領域的重點研究課題之一。該研究首次在近鄰LMR態中發現了壓致超導現象，豐富了人們對超導態與其它量子態關聯性的研究內容，該研究結果發表在Nature Communications, 6 (2015) 7804上。

圖1. WTe2樣品高壓同步輻射XRD實驗結果。(a)不同壓力下X射線衍射譜。在所研究的壓力范圍內，沒有發現壓致結構相變。(b)-(c) 壓力與樣品晶格常數的關系。(d) 壓力與樣品體積的關系。