[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究揭示，在加压的TaTe2中，电荷密度波（CDW）态与超导态之间存在一个中间的非超导半金属相，挑战了层状过渡金属二硫属化合物中CDW与超导性之间直接转变的常规认知。超导性仅在约21 GPa时半金属相被破坏后才出现，这是LTMDC中首次实验观测到此类序列。

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.

研究动机与目标

• 研究TaTe2在压力下的电子相演化，该材料在常压下为非超导CDW材料。
• 确定超导性是否在CDW抑制后直接出现，或通过一个中间相出现。
• 绘制TaTe2的压力-温度相图，以确定中间电子态的性质。
• 阐明层状过渡金属二硫属化合物中CDW序、半金属性与超导性之间的关系。

提出的方法

• 在高达~50 GPa的压力下对TaTe2进行了高压电阻率测量，以探测电子相变。
• 通过磁阻测量检测半金属性行为的特征，特别是正磁阻效应。
• 分析温度依赖的电阻率数据，以识别相变的临界压力。
• 基于电阻率异常和磁阻行为构建压力-温度相图。
• 通过零电阻和外加磁场对电阻的抑制作用，确认了超导性的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 在压力下，TaTe2中电荷密度波态被抑制后，超导性是否直接出现？
• RQ2 在高压下，TaTe2中CDW态与超导态之间是否存在任何电子相？
• RQ3 CDW与超导性之间的中间相是否为半金属，其证据是什么？
• RQ4 超导性在TaTe2中首次出现在什么压力下，其随压力进一步增加如何演化？
• RQ5 TaTe2中的正磁阻效应与中间半金属相的存在有何关联？

主要发现

• TaTe2中的CDW态在约3 GPa时被完全抑制，标志着非超导半金属相的开始。
• 在3 GPa至~21 GPa的中间相中，观察到正磁阻效应，表明具有半金属性质。
• 超导性在约21 GPa时出现，与半金属态的破坏同时发生。
• 超导转变温度在最高测量压力~50 GPa下仍保持存在，表明其在极端条件下的稳定性。
• 压力-温度相图显示，CDW态与超导态并非直接相连，而是被一个中间的半金属相分隔。
• 这是层状过渡金属二硫属化合物中首次实验观测到此类序列——CDW → 半金属 → 超导体。