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大磁阻化合物二碲化钨中压力诱导的超导电性研究

时间:2018-07-26  已阅读过:次

 

  二碲化钨(WTe2)是具有层状结构的过渡族金属硫族化合物,在其正交晶胞中钨链沿着碲层的a轴方向呈一维分布,是一种非磁性的半金属材料。WTe2以其良好的热电性能早已为人们所认知,普林斯顿大学教授Cava研究组在2014年意外地发现WTe2在常压下具有不饱和的大磁阻(LMR)特性【Nature, 514 (2014) 205】,即在磁场下这种材料表现出异常大的正电阻效应,而且在非常高的磁场下也不饱和。这种特性不仅为其在电子器件方面的应用提供了潜在的可能,同时也为大磁阻材料的研究开辟了新的方向。在半金属中,非常高的磁阻是由于空穴-电子间的“共振”所产生的,而WTe2是第一种人们发现的具有这种完美共振的材料。
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最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)超导国家重点实验室SC4组研究员孙力玲和博士生康德芬、周亚洲等与物理所副研究员石有国、清华大学教授张广明合作,对WTe2的高压行为进行了系统、深入的研究,发现在压力的作用下LMR现象得到了连续的抑制,最终在约10.5 GPa压力下消失,同时呈现出超导电性。在13 GPa压力下出现最高超导转变温度(Tc = 6.5 K),在更高的压力下Tc连续下降,在24 GPa时,Tc = 2.6K。高压原位霍尔测量表明,在LMR完全被抑制和出现超导电性的临界压力下,霍尔系数由正值变为负值,揭示出在该临界压力下发生了具有费米面重构的量子相变,这类相变通常可以用Lifshitz相变来描述。高压同步辐射XRD实验结果证实WTe2在20.1GPa压力以下没有出现结构相变,但在临界压力下c轴被压缩了6.5%,其压缩比例是a轴压缩率的10倍,是b轴压缩率的两倍,说明在该临界压力点处费米面的重构伴有强烈各向异性的晶格缩减。

超导电性常常与电子有序态密切相关,其关联性一直是超导领域的重点研究课题之一。该研究首次在近邻LMR态中发现了压致超导现象,丰富了人们对超导态与其它量子态关联性的研究内容,该研究结果发表在Nature Communications, 6 (2015) 7804上。

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