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進展   壓力誘導的強自旋軌道耦合化合物超導研究取得新進展
進展 壓力誘導的強自旋軌道耦合化合物超導研究取得新進展
中科院物理所     阅读简体中文版

自旋軌道耦合(SOC)可在量子功能材料引發重要物理現象,如理論成功預言了由強自旋軌道耦合能帶翻轉形成的Bi2Te3、Bi2Se3和Sb2Te3類拓撲序化合物,引發了國際上對拓撲序量子化合物的理論和實驗研究熱潮。
  中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)靳常青研究員領導的高壓新材料和物理研究組和理論預言了以上拓撲序化合物的方忠戴希研究組密切合作,開展了拓撲序化合物壓力效應的系統研究,發現了壓力誘導的Bi2Te3拓撲化合物超導現象 (Proc. Natl Acad. Sci. (PNAS) 108, 24 (2011)。表明壓力可以成為調控拓撲化合物和SOC量子序的重要手段,和化學摻雜相比,有效避免引入無序。接著,他們發現了壓力誘導的Sb2Te3拓撲序化合物超導現象(Scientific Reports 3: 2016(2013) )。
  近期,靳常青研究員指導的博士研究生孔盼盼等進一步開展了強自旋軌道耦合化合物Sb2Se3的壓力效應研究,發現了壓力誘導的Sb2Se3超導現象。他們實驗結果表明,Sb2Se3在2~3 GPa呈現從絕緣體向類金屬轉變,這個轉變與理論預測的基于SOC的拓撲量子相變有關。在10 GPa 左右Sb2Se3進入超導態,超導轉變溫度(TC)隨壓力和載流子濃度增加上升,高壓結構實驗表明Sb2Se3在30 GPa依然保持常壓相晶體結構。高壓Raman顯示Sb2Se3在2.3 GPa、10 GPa和20 GPa相繼發生Sb~Se配位體的顯著變化,說明Sb2Se3從絕緣~金屬~超導連續轉變與局域結構變化密切相關。以上研究結果發表在近期Scientific Reports上(Scientific Reports 4: 6679 (2014))。本工作得到科技部、基金委和中科院研究項目的資助。

相關參考文獻(鏈接):
1、 J. L. Zhang, S. J. Zhang, H. M. Weng, W. Zhang, L. X. Yang, Q. Q. Liu, S. M. Feng, X. C. Wang, R. C. Yu, L. Z. Cao, L. Wang, W. G. Yang, H. Z. Liu, W. Y. Zhao, S. C. Zhang, X. Dai, Z. Fang, C. Q. Jin, “Pressure-induced superconductivity in topological parent compound Bi2Te3”, Proc. Natl Acad. Sci. (PNAS) 108, 24 (2010).
2、J. Zhu, J. L. Zhang, P. P. Kong, S. J. Zhang, X. H. Yu, J. L. Zhu, Q. Q. Liu, X. Li, R. C. Yu, R. Ahuja,W.G. Yang,G. Y. Shen, H. K.Mao, H.M. Weng, X. Dai1, Z. Fang, Y. S. Zhao, C.Q. Jin, "Superconductivity in Topological Insulator Sb2Te3 Induced by Pressure" Scientific Reports 3 : 2016(2013).
3、P. P. Kong, F. Sun, L.Y. Xing, J. Zhu, S. J. Zhang, W. M. Li, Q. Q. Liu, X. C. Wang, S. M. Feng, X. H. Yu, J. L. Zhu, R. C. Yu, W. G. Yang, G. Y. Shen, Y. S. Zhao, R. Ahuja, H. K. Mao, and C. Q. Jin, “Superconductivity in Strong Spin Orbital Coupling Compound Sb2Se3”, Scientific Reports 4: 6679 (2014).

圖1 Sb2Se3單晶的電學性質(a)壓力低于8.1 GPa時的a-b面電阻溫度曲線、(b)不同壓力條件電阻隨溫度演化,10GPa呈現誘導超導轉變,TC約為 2.3 K、(c)電阻在不同外加磁場隨溫度變化,插圖為TC隨磁場變化。

圖2 Sb2Se3(a)電阻、(b)超導轉變溫度、和(c)載流子濃度隨壓力變化。

圖3 Sb2Se3(a)TC、(b)配位體鍵角、(c)Raman 振動模式隨壓力演化。


2015-08-23 08:42

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