[論文レビュー] CuIr2Te4: A Quasi-Two-Dimensional Ternary Telluride Chalcogenide Superconductor

Dong Yan, Yijie Zeng+10 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2019

Iron-based superconductors research参考文献 35被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、真空封止された石英ガラス中で固体反応法により合成された準二次元的三元チalcogen化物CuIr2Te4において、体積的超伝導の発見を報告する。この材料は2.5 Kで超伝導転移を示し、同時に250 Kで電荷密度波（CDW）転移を示す。実験的・第一原理的計算を統合することで、層状材料における超伝導とCDW秩序の相乗的相互作用を研究するための新規なプラットフォームを確立する。

ABSTRACT

Here we report the first observation of superconductivity in the AB2X4-type ternary telluride CuIr2Te4, which is synthesized by a solid-state method in an evacuated quartz jacket. It adopts a disordered trigonal structure with space group P3m1 (No. 164), which embodies a two-dimensional IrTe2 layers and intercalated by Cu between the layers. We use a combination of experimental and first principles calculation analysis to look insight into the structural and physical properties. CuIr2Te4 consistently exhibited a bulk superconductivity transition at 2.5 K in electrical resistivity, magnetic susceptibility and specific heat measurements. Resistivity and magnetization measurements suggest a charge density wave transition (TCDW = 250 K) coexists in CuIr2Te4, which further signify the coexistence of superconductivity and CDW in the ternary telluride chalcogenide CuIr2Te4. Our discovery of the new CDW-bearing superconductor CuIr2Te4 opens a door for experimental and theoretical studies of the interplay between CDW and superconductivity quantum state in the condensed matter field.

研究の動機と目的

• AB2X4型三元tellurideであるCuIr2Te4における超伝導的挙動の同定と特性評価。
• 新規な層状チalcogen化物系において、電荷密度波（CDW）秩序と超伝導の共存を調査すること。
• 第一原理計算を用いて、CuIr2Te4における超伝導の構造的および電子的起源を理解すること。
• CuIr2Te4を、CDWと超伝導状態の量子的競合を研究するための新規な材料プラットフォームとして確立すること。

提案手法

• 真空封止された石英ガラス中での固体反応法による高品質なCuIr2Te4単結晶の合成。
• X線回折を用いた構造的特徴付けにより、不規則な三斜晶P3m1（No. 164）結晶構造の確認。
• 電気抵抗率、磁化率、比熱測定を用いた超伝導転移およびCDW転移の探査。
• 電子バンド構造およびフェルミ面トポロジーの分析のための第一原理電子構造計算。
• 結晶構造内におけるIrTe2層の層間結合および二次元的性質の分析。
• 実験的転移と電子的不安定性の理論的予測との相関分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AB2X4型三元tellurideであるCuIr2Te4は超伝導を示すか？その転移温度は何か？
• RQ2 CuIr2Te4における電荷密度波（CDW）転移の性質と転移温度は何か？
• RQ3 CuIr2Te4の電子構造において、超伝導とCDW秩序はどのように共存しているか？
• RQ4 準二次元的IrTe2層とCuの間挿入が、超伝導の発現に果たす役割は何か？
• RQ5 第一原理計算は、観測された電子的および超伝導的性質をどのように説明するか？

主な発見

• CuIr2Te4は2.5 Kで体積的超伝導転移を示し、零抵抗、磁化率におけるマイスラー効果、比熱の急激なジャンプによって確認された。
• 250 Kで電荷密度波転移が観測され、抵抗率の異常および抵抗率の温度依存性におけるきつい曲がり（kink）によって裏付けられた。
• 超伝導転移温度以下でもCDW転移が維持されることから、超伝導とCDW秩序の共存が確認された。
• 結晶構造は、不規則な三斜晶P3m1（No. 164）構造を有する準二次元的IrTe2層とCu原子が交互に積み重なった構造である。
• 第一原理計算により、フェルミ面のネスト構造および強化された電子-フォノン結合が明らかとなり、CDWおよび超伝導不安定性の発現を支持した。
• 本材料は、層状チalcogen化物におけるCDWと超伝導の相互作用を研究するための新規なプラットフォームとして特定された。