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高压调控的拓扑绝缘体和拓扑超导体研究新希望

时间:2013-08-23     泉源:中国科学院物理研究所
拓扑绝缘体是近年来凝聚态物理的研究热门之一,,它作为物质的一种新的量子态,,与通俗绝缘体一样能谱具有体能隙,,但外貌态却是金属性的。。这种金属性受到时间反演稳固性的; ; ;;;;ぃ,与外貌的详细形貌无关,,只和全局拓扑属性相关。。人们相继在Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3理论预期和实验验证了3维拓扑态的保存。。与拓扑绝缘体类似的尚有拓扑超导体,,这类质料的块材与通俗超导体一样具有超导配对能隙,,但在外貌上可能保存一类新的准粒子Majorana费米子,,它相当于Dirac费米子的“一半”,,它的反粒子即它自己,,这一类准粒子所遵照的非Abel属性可用于量子盘算中。。

  最早关于拓扑超导体的实验研究来自于向拓扑绝缘体质料Bi2Se3的层间掺入Cu,,诱导爆发超导电性。。随后中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)极端条件实验室靳常青研究组和理论室方忠研究组亲近相助,,应用综合高压在位实验条件,,在非掺杂的拓扑绝缘体质料Bi2Te3的常压结构相中诱导出了超导电性,,这个效果开启了运用物理手段研究拓扑超导体的另一条途径。。(Proc. Natl Acad. Sci. (PNAS) 108, 24 (2010) )

  最近靳常青研究组对拓扑绝缘体质料Sb2Te3的结构、电学性子及拓扑性子随压力的演化举行了系统的研究,,博士研究生朱洁、张俊良、孔盼盼等的实验效果批注,,Sb2Te3在4GPa以上就泛起超导电性; ; ;;;;响应结构实验批注,,第一个高压结构相变的压力点在12.9GPa以上,,以是Sb2Te3的常压相结构中就保存超导电性。。差别压力的霍尔电压效果丈量批注,,在7.5GPa保存一个电子结构相变,,载流子从p型变为n型。。和方忠研究组相助,,凭证理论盘算效果,,Sb2Te3在 6.9GPa高压下能带仍然具有稳固的Dirac圆锥结构,,批注在7.5GPa以下压力的超导性与拓扑性相关。。假设体态在高压下的超导为S波超导体,,近邻效应将使拓扑绝缘体的外貌态变为超导的外貌态,,外貌态的这种超导电性和轮廓明确的Dirac圆锥可能与p+ip波函数对称性拓扑相关。。

  这一研究效果揭晓在2013年6月的Scientific Reports(Scientific Reports 3 : 2016(2013))上。。本事情获得科技部重大科学研究妄想、基金委重大国际相助和重大研究妄想的资助。。
相关参考文献:
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) & its supporting information
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)

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