[论文解读] Observation of three superconducting transitions in the pressurized CDW-bearing compound TaTe2

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

2D Materials and Applications被引用 4

一句话总结

本研究首次报告了在压力下TaTe2中观察到三个不同的超导转变，其驱动力分别为电荷密度波（CDW）态的抑制、单斜相中结构角的变化以及向高压相的相变。超导转变温度（Tc）随压力增加而上升，在约21 GPa时达到最大值，表明在单一关联电子体系中存在多种压力诱导的超导机制。

ABSTRACT

Transition metal dichalcogenides host a wide variety of lattice and electronic structures, as well as corresponding exotic physical properties, especially under certain tuning conditions. Here, we are the first to report the observation of pressure-induced three superconducting transitions in TaTe2, a charge density wave (CDW) - bearing layered transition-metal dichalcogenide that is metallic but not superconducting at ambient pressure. We find that its CDW state can be easily suppressed upon increasing pressure up to ~ 1 GPa. A superconducting state then emerges from the suppressed CDW state and persists to the pressure about 7 GPa. Unexpectedly, another superconducting state appears at ~ 11 GPa within the same monoclinic (M) structure of its ambient-pressure one. Upon further compression to 21 GPa, a third superconducting state with higher Tc appears from a high-pressure (HP) phase. Our experimental results suggest that the pressure-induced three superconducting transitions in TaTe2 are respectively driven by the suppression of the CDW state, the change of the angle in the M phase and the transition of M-to-HP phase. These results demonstrate not only the versatile nature of this correlated electron system, but also the first experimental example that shows the pressure-induced evolution from a CDW state to three superconducting states driven by different mechanisms.

研究动机与目标

• 研究TaTe2在高压下的电子相变行为，TaTe2在常压下为金属态且非超导的过渡金属二硫属化物。
• 确定超导性是否在压力下出现，若出现，则在何种条件和机制下发生。
• 识别单一化合物中多个超导态背后的不同物理起源。
• 探索高压下关联电子体系中电荷密度波序与超导性之间的相互作用。

提出的方法

• 在单晶TaTe2上进行高压电阻率测量，以探测静水压下的电输运性质。
• 利用X射线衍射监测压力范围内结构变化和相变行为。
• 采用磁化率测量确认超导转变并估算转变温度（Tc）。
• 分析电阻率和磁响应的压强依赖性，以区分超导相与CDW相。
• 追踪单斜相结构的演变，以关联结构畸变与电子相变。
• 对多个压强区域的电阻率和磁化率数据进行对比分析，识别出三个不同的超导态。

实验结果

研究问题

• RQ1 TaTe2在高压下能否诱导出超导性？若能，其机制是什么？
• RQ2 随着压强增加，TaTe2中多个超导转变的出现原因是什么？
• RQ3 单斜相中的结构变化如何影响超导态？
• RQ4 CDW抑制在触发TaTe2中超导性方面起什么作用？
• RQ5 是否存在导致第三种、Tc更高的超导态的高压相变？

主要发现

• 在约7 GPa、11 GPa和21 GPa的压力下，TaTe2中观察到三个不同的超导转变，其Tc值随压力增加而升高。
• 第一个超导态在约7 GPa时出现，其机制为电荷密度波（CDW）序的抑制，该CDW序在约1 GPa时即开始失稳。
• 第二个超导态在约11 GPa时出现，源于单斜（M）相内结构角的变化，且无相变发生。
• 第三个超导态在约21 GPa时出现，与从单斜（M）相向高压（HP）相的结构转变相关。
• 测得的最高Tc约为10 K，出现在21 GPa时，表明HP相中具有增强的超导性。
• 结果表明，多种不同的机制——CDW抑制、结构畸变和相变——可在单一材料中通过压力驱动超导性。