合肥研究院等在單層1T』-WTe2體系中刪極電壓調控超導電性機理研究...

2021-02-08 機經網

       近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心超導與關聯電子材料研究團隊、北京應用物理與計算數學研究所研究員張平，以及北京郵電大學博士楊巍等合作，在1T＇-WTe2體系中理論研究了刪極電壓調控超導電性的機理以及物性。相關研究成果發表在Physical Review Letters上。

　　刪極電壓是一種調節量子材料中載流子濃度的有效手段。在拓撲材料中引入載流子實現超導態是探索拓撲超導的可能途徑。理論和實驗表明單層1T』-WTe2可以表現出高溫量子自旋霍爾效應。2018年，實驗上報導通過刪極電壓調控手段在單層1T＇-WTe2中引入電子型載流子可以在該體系中實現超導，此外超導態的上臨界場表現出面內外的各向異性，並且不受泡利順磁極限約束。如何理解刪極電壓調控單層1T＇-WTe2的超導電性的機理以及超導態的特性是重要的科學問題。

　　研究人員通過第一性原理計算及解析理論分析發現刪壓調控引入的電子型載流子導致具有特定動量的聲子軟化。分析發現這些特定動量對應最優的費米面嵌套條件，並且在非超導的空穴型調控中沒有發現以上現象，因此，研究表明自洽的軟化聲子與費米面嵌套是驅動單層1T＇-WTe2中出現超導電性的關鍵。在大電子濃度時，研究人員預測該體系會出現準一維公度的電荷密度波相，並給出了超導以及電荷密度波隨著載流子濃度變化的相圖，進一步預測超導態存在最優載流子濃度。通過對稱性分析以及求解超導能隙方程發現非常規的自旋三態配對可以很好的解釋實驗上觀測超導態上臨界場的巨大各向異性，該研究推進了對過渡金屬硫族元素化合物中超導電性的理解。

　　研究工作得到科技部、國家自然科學基金委、中科院以及強磁場安徽省實驗室等的支持。

  費米面嵌套隨電子濃度的變化

電荷密度波矢量隨電子濃度變化

  相圖

超導轉變溫度理論與實驗對比

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