近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心超導(dǎo)與關(guān)聯(lián)電子材料研究團(tuán)隊、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所研究員張平，以及北京郵電大學(xué)博士楊巍等合作，在1T'-WTe₂體系中理論研究了刪極電壓調(diào)控超導(dǎo)電性的機(jī)理以及物性。相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review Letters上。

　　刪極電壓是一種調(diào)節(jié)量子材料中載流子濃度的有效手段。在拓?fù)洳牧现幸胼d流子實現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)是探索拓?fù)涑瑢?dǎo)的可能途徑。理論和實驗表明單層1T'-WTe₂可以表現(xiàn)出高溫量子自旋霍爾效應(yīng)。2018年，實驗上報道通過刪極電壓調(diào)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(xiàn)超導(dǎo)，此外超導(dǎo)態(tài)的上臨界場表現(xiàn)出面內(nèi)外的各向異性，并且不受泡利順磁極限約束。如何理解刪極電壓調(diào)控單層1T'-WTe2的超導(dǎo)電性的機(jī)理以及超導(dǎo)態(tài)的特性是重要的科學(xué)問題。

　　研究人員通過第一性原理計算及解析理論分析發(fā)現(xiàn)刪壓調(diào)控引入的電子型載流子導(dǎo)致具有特定動量的聲子軟化。分析發(fā)現(xiàn)這些特定動量對應(yīng)最優(yōu)的費米面嵌套條件，并且在非超導(dǎo)的空穴型調(diào)控中沒有發(fā)現(xiàn)以上現(xiàn)象，因此，研究表明自洽的軟化聲子與費米面嵌套是驅(qū)動單層1T'-WTe₂中出現(xiàn)超導(dǎo)電性的關(guān)鍵。在大電子濃度時，研究人員預(yù)測該體系會出現(xiàn)準(zhǔn)一維公度的電荷密度波相，并給出了超導(dǎo)以及電荷密度波隨著載流子濃度變化的相圖，進(jìn)一步預(yù)測超導(dǎo)態(tài)存在最優(yōu)載流子濃度。通過對稱性分析以及求解超導(dǎo)能隙方程發(fā)現(xiàn)非常規(guī)的自旋三態(tài)配對可以較好地解釋實驗上觀測超導(dǎo)態(tài)上臨界場的巨大各向異性，該研究推進(jìn)了對過渡金屬硫族元素化合物中超導(dǎo)電性的理解。

　　研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院及強(qiáng)磁場安徽省實驗室等的支持。

　　論文鏈接 

　　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(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度理論與實驗對比