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中国科学院物理研究所 EX5组供稿 第43期 2014年12月08日
北京凝聚态物理国家研究中心
压力诱导的强自旋轨道耦合化合物超导研究取得新进展
  自旋轨道耦合(SOC)可在量子功能材料引发重要物理现象,如理论成功预言了由强自旋轨道耦合能带翻转形成的Bi2Te3、Bi2Se3和Sb2Te3类拓扑序化合物,引发了国际上对拓扑序量子化合物的理论和实验研究热潮。
  中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)靳常青研究员领导的高压新材料和物理研究组和理论预言了以上拓扑序化合物的方忠戴希研究组密切合作,开展了拓扑序化合物压力效应的系统研究,发现了压力诱导的Bi2Te3拓扑化合物超导现象 (Proc. Natl Acad. Sci. (PNAS) 108, 24 (2011)。表明压力可以成为调控拓扑化合物和SOC量子序的重要手段,和化学掺杂相比,有效避免引入无序。接着,他们发现了压力诱导的Sb2Te3拓扑序化合物超导现象(Scientific Reports 3: 2016(2013) )。
  近期,靳常青研究员指导的博士研究生孔盼盼等进一步开展了强自旋轨道耦合化合物Sb2Se3的压力效应研究,发现了压力诱导的Sb2Se3超导现象。他们实验结果表明,Sb2Se3在2~3 GPa呈现从绝缘体向类金属转变,这个转变与理论预测的基于SOC的拓扑量子相变有关。在10 GPa 左右Sb2Se3进入超导态,超导转变温度(TC)随压力和载流子浓度增加上升,高压结构实验表明Sb2Se3在30 GPa依然保持常压相晶体结构。高压Raman显示Sb2Se3在2.3 GPa、10 GPa和20 GPa相继发生Sb~Se配位体的显著变化,说明Sb2Se3从绝缘~金属~超导连续转变与局域结构变化密切相关。以上研究结果发表在近期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项目的资助。

相关参考文献(链接):
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).
 
图1 Sb2Se3单晶的电学性质(a)压力低于8.1 GPa时的a-b面电阻温度曲线、(b)不同压力条件电阻随温度演化,10GPa呈现诱导超导转变,TC约为 2.3 K、(c)电阻在不同外加磁场随温度变化,插图为TC随磁场变化。
 
图2 Sb2Se3(a)电阻、(b)超导转变温度、和(c)载流子浓度随压力变化。
 
图3 Sb2Se3(a)TC、(b)配位体键角、(c)Raman 振动模式随压力演化。
下载附件>> PNASPressure induced superconductivity in topological parent compound Bi2Te3.pdf
下载附件>> Superconductivity in Strong Spin Orbital Coupling Compound Sb2Se3.pdf
下载附件>> SR 3.pdf
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