羅惠霞教授團隊在層狀過渡金屬碲化物新超導材料方面取得系列研究進展

       具有層狀的過渡金屬硫化物(TMDs)由于具有可調帶隙和豐富的物理性質，是研究各種量子态和結構序之間相互作用的良好材料。特别是電荷密度波(CDW)與超導電性(SC)之間的相互作用，已成為凝聚态物理的重要研究課題之一。超導電性和電荷密度波是兩種不同的電子态，兩者均起源于電聲子耦合和費米面失穩。在電荷密度波和超導共存圖像中，進入電荷密度波态後，由于費米面的嵌套而打開能隙，從而導緻态密度的丢失，表現出電荷密度波與超導相競争的行為。人們可以通過增加壓力或化學摻雜等手段壓制電荷密度波态，超導臨界轉變溫度随電荷密度波态壓制，會展現穹頂狀的行為。目前已發現的具有層狀結構的過渡金屬硫化物同時具有超導電性及電荷密度波相變，如典型的2H-NbSe2，2H-TaSe2等過渡金屬二硫化物；或者可以通過化學摻雜或物理壓力抑制這些母體(如1T-TiSe2，1T-TaS2)的電荷密度波相變，從而出現超導電性。盡管過渡金屬硫化物超導材料的探索研究取得了重要的進展，但是目前研究人員主要集中于層狀過渡金屬硫硒化合物超導體的研究，層狀金屬碲化物超導體的報道相對較少，另一方面電荷密度波的形成機制與超導的競争關系仍懸而未決。

       近期太阳集团app首页材料科學與工程學院羅惠霞教授課題組開發了一系列層狀碲化物新超導材體，并通過電子/空穴摻雜調控，系統研究了超導電性與電荷密度波的競争作用。羅惠霞教授團隊發現準二維CuIr2Te4化合物同時具有電荷密度波相變和超導電性，其電荷密度波相變溫度大約在250 K，超導轉變溫度在2.5 K左右(Physical Review B, 2019, 100, 174504)。在此研究基礎上，羅惠霞教授課題組分别在Cu位，Ir位和Te位摻雜Zn，Ti和I，進一步成功獲得Cu1-xZnxIr2Te4，CuIr2-xTixTe4和CuIr2Te4-xIx過渡金屬新碲化物。研究發現Cu位摻雜Zn，成功抑制了CDW，同時提高了超導電性，最大超導轉變溫度達到2.82 K，而且超導電性出現在整個摻雜濃度區域。另一方面，Ir位摻雜部分Ti元素，也是可以成功抑制CDW，并出現穹頂形狀的具體摻雜超導相圖，此相圖與典型高溫超導的摻雜相圖十分相似。然而，研究發現Te位摻雜I，首先CDW相變被抑制，但是CDW在過摻雜區域又重新出現，并且在過摻雜區域的CDW相變溫度随着摻雜濃度的升高而升高，在兩端電荷密度區域之間同樣出現呈現穹頂形狀的超導相圖，最大超導轉變溫度達到2.95 K。該研究不僅為過渡金屬碲化物超導材料的家族增加了新成員，而且為進一步研究超導電性和電荷密度波的競争機制以及相關量子态的研究提供理想的材料平台。此外，該碲化物超導材料的摻雜相圖與高溫超導相圖類似，有助于人們理解高溫銅基或鐵基超導的磁性與超導的競争機制。

      上述研究成果，羅惠霞教授作為唯一通訊作者發表在The Journal of Physical Chemistry C 125(10) 2021; Chinese Physics Letters 38(3) 2021; Journal of Alloys and Compounds 885(10) 2021等國際期刊上，該系列研究受到國家自然科學基金優秀青年基金、廣東省自然面上基金、中央高校青年重點培育等項目的大力支持。