[논문 리뷰] CuIr2Te4: A Quasi-Two-Dimensional Ternary Telluride Chalcogenide Superconductor

Dong Yan, Yijie Zeng외 10명|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 15.

Iron-based superconductors research참고 문헌 35인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 진공 상태의 실리카 유리에서 고체 반응을 통해 합성된 준2차원 삼성화물인 CuIr2Te4에서 부피 초전도성의 발견을 보고한다. 이 물질은 2.5 K에서 초전도 전이를 보이며, 동시에 250 K에서 전하 밀도 파동 전이를 나타내어, 실험적 및 처음 원리 계산을 통합한 방법으로 层상 물질에서 초전도성과 CDW 서열 간의 상호작용을 연구할 수 있는 새로운 플랫폼을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• AB2X4형 삼성화물 텔루라이드인 CuIr2Te4에서 초전도성 행동을 규명하고 특성화하는 것.
• 새로운 层상 텔루라이드 계에서 전하 밀도 파동(CDW) 서열과 초전도성의 공존을 조사하는 것.
• 초기 원리 계산을 통해 CuIr2Te4에서 초전도성의 구조적 및 전자기 기원을 이해하는 것.
• CuIr2Te4를 초전도성 상태와 CDW 상태 간의 양자적 경쟁을 연구할 수 있는 새로운 재료 플랫폼으로 정립하는 것.

제안 방법

• 진공 상태의 실리카 유리 조건에서 고질적 CuIr2Te4 단일 결정을 고체 반응법으로 합성하는 것.
• 결정 구조의 확인을 위해 X선 회절을 이용한 구조적 특성 분석으로 불순물이 없는 삼각형 P3m1 (No. 164) 결정 구조를 확인하는 것.
• 초전도 전이와 CDW 전이를 탐지하기 위해 전기 저항도, 자화율, 잠열 측정을 수행하는 것.
• 전자 밴드 구조와 페르미 표면 기하학적 구조를 분석하기 위해 초기 원리 전자 구조 계산을 수행하는 것.
• 결정 구조 내에서 IrTe2 계면 간의 상호작용 및 이중차원 성질을 분석하는 것.
• 실험적 전이 온도와 전자기 불안정성에 대한 이론적 예측 간의 상관관계를 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AB2X4형 삼성화물 텔루라이드인 CuIr2Te4는 초전도성을 나타내는가? 만약 그렇다면 임계 온도는 얼마인가?
• RQ2 CuIr2Te4에서 전하 밀도 파동(CDW) 전이의 성질과 온도는 무엇인가?
• RQ3 CuIr2Te4의 전자 구조에서 초전도성과 CDW 서열은 어떻게 공존하는가?
• RQ4 준2차원 IrTe2 계면과 Cu 삽입의 역할은 초전도성 유도에 어떤 기여를 하는가?
• RQ5 초기 원리 계산은 관측된 전자적 및 초전도성 특성을 어떻게 설명하는가?

주요 결과

• CuIr2Te4는 2.5 K에서 부피 초전도 전이를 나타내며, 저항도 0, 자화율에서 반자성 쉴드 효과, 잠열 측정에서 급격한 점프로 확인된다.
• 250 K에서 전하 밀도 파동 전이가 관측되며, 저항도의 비정상성과 저항도 온도 의존성에서의 '굽힘'으로 증명된다.
• 초전도 전이 온도 이하에서도 CDW 전이가 유지됨으로써, 초전도성과 CDW 서열의 공존이 확인된다.
• 결정 구조는 Cu 원자가 분리한 준2차원 IrTe2 계면으로 구성되어 있으며, 불순물이 없는 삼각형 P3m1 (No. 164) 구조를 취한다.
• 초기 원리 계산 결과, 네스트된 페르미 표면과 증가된 전자-음향파 상호작용이 관찰되어 CDW 및 초전도 불안정성의 기원을 뒷받침한다.
• 이 물질은 层상 텔루라이드에서 CDW와 초전도성 간의 상호작용을 연구할 수 있는 새로운 플랫폼으로 규명된다.