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中国科学院物理研究所 EX1组供稿 第54期 2013年10月10日
北京凝聚态物理国家实验室
5d过渡金属二硫属化合物IrTe2电荷动力学研究取得进展
    过渡金属二硫属化合物(通常简写为TX2,其中T表示过渡金属,X表示硫族元素)是由过渡金属和硫族元素(如S,Se,Te)组成的一种层状结构的化合物。由于在这种材料中,层间距较长,层间耦合也十分弱,所以它有着比较突出的准二维特性。这种特性往往会导致电荷密度波序的形成。而且更有趣的是,在某些这类化合物中,通过对电荷密度波序的压制,会诱导出超导电性。因此,过渡金属二硫属化合物成为凝聚态物理中受到广泛关注并表现出竞争序的一类材料。
    最近,5d过渡金属二硫属化合物IrTe2引起了人们很大的兴趣。首先,IrTe2在270 K附近会发生结构相变。已有的研究认为这种结构相变也是与电荷密度波序相关联,源自于费米面的嵌套不稳定性。然而IrTe2的层间距相对较短,层间耦合较强,准二维特性较弱,不利于传统的电荷密度波序的形成,因此有可能存在其他机制导致结构相变的发生。其次,最近的研究发现在IrTe2进行Pt或Pd的掺杂会诱导出超导电性。由于Ir和Te的原子系数较大,较强的电子自旋-轨道耦合效应则有可能导致拓扑非平庸态。因此,生长晶体并进行电子结构的探索对于理解该系统结构相变的起源以及超导机制都十分具有意义。
    中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)王楠林研究组的博士生房爱芳、助理研究员徐刚等首次成功生长出Ir1-xPtxTe2体系系列单晶样品,对其结构、电磁性质和超导性质进行了表征,特别是通过光谱测量和第一性原理计算对非掺杂单晶样品的电荷动力学性质进行了细致研究,揭示伴随结构相变的发生,IrTe2电子结构经历重新构造,传导电子谱重显著变小。尤为重要的是,光谱测量揭示相变前后样品处在完全不同的金属状态,其电导率谱上没有出现任何电荷密度波相变相干因子所决定的特征能隙结构。结合第一性原理计算,该研究揭示IrTe2发生的结构相变不是源自于电荷密度波相变,而主要是由于晶体电场效应导致Te(px,py)和Te(pz)轨道能带进一步分开,其电子占据发生变化导致系统电子动能下降所驱动。该项工作发表在【Scientific  Report  3, 1153 (2013)】。工作发表后受到该方面后续研究的普遍关注(在arXiv上已有10多次引用),相关结论得到了后续研究的支持。
    此项工作获得科技部973计划、国家自然科学基金的支持。
图1 (a)不同温度下的光学反射率谱,(b)不同温度下的光学电导率谱,(c)Drude-Lorentz模型拟合电导率谱。结构相变后,红外光谱在25000cm-1的能量尺度上发生巨大的变化,44%的自由载流子丢失。
图2 (a)(c)(e)与(b)(d)(f)分别表示了理论计算得到的结构相变前后的能带结构,电子结构以及费米面的示意图。
下载附件>> Fang-srep01153.pdf
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