在具有强自旋轨道耦合作用的材料中探索超导电性

This project proposes to perform the exploration of possible superconductivity in systems with strong spin-orbit coupling. We will perform two kinds of research work: (1) The exploration of possible superconductivity in Sr2IrO4 system. Nowadays, there are several theoretical papers that predict unconventional superconductivity in the Sr2IrO4 system. Unfortunately, there is no experimental evidence of the occurrence of superconductivity in this system. We will perform systematical investigation by using element doping and annealling in Sr2IrO4 compound and try to give the experimental evidence of the existence of superconductivity (or not existence). (2) The exploration of superconductivity based on topological insulator and Weyl semimetal. Previously, we have successfully discovered SrxBi2Se3 superconductor, which is derived from typical topological insulator. In this project, we will try to discover more new superconductors based on materials having topological character. We will try to realize superconductivity in Weyl semimetal systems through element doping or intercalation.

本项目拟开展在具有强自旋轨道耦和作用的材料中探索超导电性的研究。拟在两类体系中进行相关工作：（1）在Sr2IrO4体系中探索超导电性。目前有较多的理论预言该体系中可能出现超导电性，但还没有得到实验证实，我们将在该体系中通过系统的掺杂和退火处理，期望能获得该体系中是否存在超导电性的实验结论；（2）在基于拓扑绝缘体和外尔半金属的体系中探索超导电性。我们前期在拓扑绝缘体的基础上获得了SrxBi2Se3超导体，是研究拓扑超导电性的潜在材料，本项目将进一步探索更多的具有拓扑物理性质的新超导材料，特别是期望能在外尔半金属样品中通过掺杂或插层等手段实现超导电性。

关于超导电性的研究一直是凝聚态物理学领域的一个挑战性课题。本项目把关注点集中在具有强自旋轨道耦合作用的Sr2IrO4和拓扑量子材料中探索可能的高温超导电性和拓扑超导电性，取得了一系列研究进展。. 我们主要开展了以下几个方面的研究内容：（1）对Sr2IrO4材料的Sr位和Ir位进行了掺杂效应的研究，研究了Ir-O-Ir键角畸变和载流子浓度对其导电性能的影响；（2）对SrxBi2Se3、TaSe3等可能的拓扑超导材料进行了探索；（3）研究了其它新型铱氧化物和拓扑半金属材料中的新奇量子现象。. 在项目支持下获得的重要结果有：（1）在Sr2IrO4的掺杂效应研究取得系列进展；（2）在拓扑超导研究方面取得系列进展；（3）发现新型强自旋轨道耦合铱氧化物La3Ir3O11中的量子液体行为；（４）发现节线拓扑半金属ZrSiS中的激子绝缘体转变等。. 在本项目支持下共发表SCI论文21篇，包括Phys. Rev. B 8篇，Appl. Phys. Lett. 2篇，Phys. Rev. Mater. 1篇，APL Mater. 1篇等。申请国家发明专利3项（已获授权1项）。. 本项目研究的科学意义如下：（１）通过对Sr2IrO4的掺杂效应的对比研究，发现其扭曲的Ir-O-Ir键角不是严重制约其导电性能的因素，引入足够多的载流子可极大地增强体系的导电性能，这为未来进一步在Sr2IrO4体系中研究超导电性提供了方向；（２）在SrxBi2Se3、TaSe3等拓扑超导材料中发现的面内霍尔效应等新奇量子现象，探索了其在自旋电子学器件应用中的前景。