[論文レビュー] Separation of the charge density wave and superconducting states by an intermediate semimetal phase in pressurized TaTe2

Jing Guo, Huixia Luo+17 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2017

Organic and Molecular Conductors Research参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、圧力下におけるタナチウムジテルライト（TaTe2）において、電荷密度波（CDW）状態と超伝導状態の間に、超伝導性を示さない中間の半金属相が存在することを明らかにした。これは、層状遷移金属ジ chalcogenides における CDW と超伝導性の直接的転移という従来の理解に挑戦するものである。超伝導性は、約 21 GPa でこの半金属相が破壊された後のみ出現する。これは、LTMDC においてこのような順序が観測された初の実験的証拠である。

ABSTRACT

In layered transition metal dichalcogenides (LTMDCs) that display both charge density waves (CDWs) and superconductivity, the superconducting state generally emerges directly on suppression of the CDW state. Here, however, we report a different observation for pressurized TaTe2, a non-superconducting CDW-bearing LTMDC at ambient pressure. We find that a superconducting state does not occur in TaTe2 after the full suppression of its CDW state, which we observe at about 3 GPa, but, rather, a non-superconducting semimetal state is observed. At a higher pressure, ~21 GPa, where both the semimetal state and the corresponding positive magnetoresistance effect are destroyed, superconductivity finally emerges and remains present up to ~50 GPa, the high pressure limit of our measurements. Our pressure-temperature phase diagram for TaTe2 demonstrates that the CDW and the superconducting phases in TaTe2 do not directly transform one to the other, but rather are separated by a semimetal state, - the first experimental case where the CDW and superconducting states are separated by an intermediate phase in LTMDC systems.

研究の動機と目的

• 常圧下で超伝導性を示さない CDW 材料である TaTe2 における圧力誘発電子相の進化を調査すること。
• 超伝導性が CDW の抑制の直後に直接出現するのか、それとも中間相を経由するのかを特定すること。
• TaTe2 の圧力-温度相図を描出し、中間電子状態の性質を同定すること。
• 層状遷移金属ジ chalcogenides における CDW 順序、半金属性、および超伝導性の関係を明確にすること。

提案手法

• 電子相転移を調べるため、TaTe2 に対して最大約 50 GPa の高圧抵抗測定を実施した。
• 特に正の磁気抵抗効果を検出することで、半金属的挙動の兆候を特定するため、磁気抵抗測定を実施した。
• 温度依存抵抗データの解析により、相転移の臨界圧力を同定した。
• 抵抗率の異常および磁気抵抗挙動に基づいて、圧力-温度相図を構築した。
• ゼロ抵抗の観察および外場による抵抗の抑制により、超伝導性の存在を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TaTe2 において圧力下で電荷密度波状態が抑制された直後、超伝導性が直接出現するか？
• RQ2 高圧下の TaTe2 において、CDW 状態と超伝導状態の間に、何らかの電子相が存在するか？
• RQ3 CDW と超伝導性の間の中間相が半金属であるとすれば、その証拠は何か？
• RQ4 TaTe2 における超伝導性は、どの圧力で初めて出現し、さらに圧力が上昇するにつれてどのように変化するか？
• RQ5 TaTe2 における正の磁気抵抗効果は、中間の半金属相の存在とどのように相関しているか？

主な発見

• TaTe2 における CDW 状態は約 3 GPa で完全に抑制され、超伝導性を示さない中間の半金属相の開始を示す。
• 3 GPa から約 21 GPa の中間相において、半金属的挙動を示す正の磁気抵抗効果が観測された。
• 超伝導性は約 21 GPa で出現し、この圧力で半金属的状態が破壊されたことに一致する。
• 超伝導転移温度は、測定された最高圧力である約 50 GPa まで維持され、極端な条件下でも安定であることが示された。
• 圧力-温度相図は、CDW 状態と超伝導状態が直接接続されているのではなく、中間の半金属相によって分離されていることを明らかにした。
• これは、層状遷移金属ジ chalcogenides において、CDW → 半金属 → 超伝導体という順序が観測された初の実験的証拠である。