[论文解读] 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 9

一句话总结

本研究报道了通过在抽真空石英管中进行固相反应合成的准二维三元碲族化合物CuIr2Te4中体超导性的发现。该材料在2.5 K处表现出超导转变，同时在250 K处出现电荷密度波转变，使其成为通过实验与第一性原理计算相结合研究层状材料中超导性与CDW序相互作用的新平台。

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.

研究动机与目标

• 识别并表征AB2X4型三元碲化物CuIr2Te4中的超导行为。
• 研究新型层状碲族化合物体系中超导性与电荷密度波（CDW）序的共存行为。
• 利用第一性原理计算，理解CuIr2Te4中超导性的结构与电子起源。
• 确立CuIr2Te4作为研究CDW与超导态之间量子竞争的新材料平台。

提出的方法

• 在抽真空石英条件下通过固相反应制备高质量的CuIr2Te4单晶。
• 利用X射线衍射进行结构表征，确认其为无序三方P3m1（编号164）晶体结构。
• 通过电阻率、磁化率和比热测量探测超导与CDW转变。
• 利用第一性原理电子结构计算分析电子能带结构与费米面拓扑。
• 分析晶体结构中IrTe2层间的层间耦合及二维特性。
• 将实验观测的相变与理论预测的电子不稳定性进行关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 AB2X4型三元碲化物CuIr2Te4是否表现出超导性，其临界温度是多少？
• RQ2 CuIr2Te4中电荷密度波（CDW）转变的性质及其转变温度如何？
• RQ3 超导性与CDW序在CuIr2Te4的电子结构中如何共存？
• RQ4 准二维IrTe2层与Cu插层在实现超导性中起什么作用？
• RQ5 第一性原理计算如何解释观测到的电子与超导特性？

主要发现

• CuIr2Te4在2.5 K处表现出体超导转变，由零电阻、磁化率中的抗磁屏蔽效应以及比热的显著跃迁所证实。
• 在250 K处观察到电荷密度波转变，表现为电阻率异常及电阻率随温度依赖关系中的拐点。
• 超导转变温度以下仍能观测到CDW转变，证实了超导性与CDW序的共存。
• 晶体结构由Cu原子分隔的准二维IrTe2层构成，具有无序三方P3m1（编号164）结构。
• 第一性原理计算揭示了嵌套费米面与增强的电子-声子耦合，支持CDW与超导不稳定的出现。
• 该材料被确认为研究层状碲族化合物中超导与CDW相互作用的新平台。