压力诱导的拓扑绝缘体的超导性质研究

In recent years, topological compounds, as a kind of new quantum functional materials, have become a hot area in condensed matter physics research because of its rich unique electronic properties as well as great application prospect in the field of information technology. Theoretical studies indicate that it would produce some new quantum phenomena when the topological insulator is combined together with magnetic materials or superconductors. Therefore, it becomes an important research direction to explore superconductivity of topological compounds and effects on the topological character and superconductivity by magnetic doping. After the first report about superconductivity of Bi2Se3 topological compound with Cu interlayer by Princeton University, the group of project applicant realized the pressure induced superconductivity and crystal structure phase transition in undoping Bi2Te3 material using high pressure experimental method, and analyzed the probability of topological superconductivity induced by pressure through theoretical calculation. This project plans on further studying pressure induced superconducting transition mechanism of topological insulators in the breadth and depth, and exploring the chemical internal pressure induced by element size doping and spin doping and the quantum tuning effects by charge-spin-orbit coupling through high pressure electrical, magnetic and electron-phonon structure measurements on the basis of the published work.

近年来拓扑化合物作为一种新的量子功能材料，因其丰富奇特的电子特性以及在新概念信息技术中的巨大应用前景，成为凝聚态物理研究的热点领域。理论研究表明,当把拓扑绝缘体和超导及磁性组合在一起时,会产生一些全新的量子现象。因此，探索拓扑化合物的超导性以及磁性掺杂对拓扑性和超导性的影响成为拓扑化合物研究领域的重要研究方向。继Princeton大学首次报道Cu插层的Bi2Se3拓扑化合物超导以来，项目申请人所在课题组运用高压实验手段在无化学掺杂的纯的Bi2Te3三维拓扑化合物中实现了压力诱导的超导转变和晶体结构相变，理论计算分析了这种压力诱导超导转变具有拓扑属性的可能。本项目拟在已有的工作基础上，通过高压电性、磁性和电声子结构等综合测量，进一步在广度和深度上研究压力诱导的Bi2Te3类拓扑绝缘体超导转变的物理机制，探索元素尺寸掺杂和自旋掺杂产生的化学内压及电荷～自旋～轨道耦合对超导转变的量子调控效应。

近年来拓扑化合物作为一种新的量子功能材料，因其丰富奇特的电子特性以及在新概念信息技术中的巨大应用前景，成为凝聚态物理研究的热点领域。拓扑和超导的结合可以产生拓扑超导态，这是一种全新的量子态，探索拓扑化合物的超导性与拓扑电子结构的关联成为拓扑化合物研究领域的重要研究方向。. 继Princeton大学首次报道Cu插层的Bi2Se3拓扑化合物超导以来，项目申请人所在课题组运用高压实验手段在无化学掺杂的纯的Bi2Te3三维拓扑化合物中实现了压力诱导的超导转变和晶体结构相变，理论计算分析了这种压力诱导超导转变具有拓扑属性的可能。本项目在已有的工作基础上，通过高压电性和电声子结构等综合测量，研究了几种拓扑绝缘体材料压力诱导的超导电性。包括：Sb2Se3、Ag2Te、三元Bi2Te2Se和Bi2TeSe2、四元BiSbTeSe2，以及HfTe5。. 最近，拓扑半金属的发现又把拓扑物态从绝缘体推广到了金属，为拓扑材料提供了更大的发展空间。三维狄拉克半金属材料Cd3As2于2013 年被理论预言，并于2014 年获得了实验证实。我们对Cd3As2进行了高压电学和结构测量，观察到了压力诱导的超导电性和结构相变。此外，另一种强自旋轨道耦合的典型材料Rashba型化合物BiTeI的高压实验观测到了由Rashba相到拓扑相的转变，并观察到了压力诱导的超导电性。