删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

袖里藏乾坤:高压合成准1维新材料及维度调控的量子演生现象

本站小编 Free考研/2020-05-21

对于一维导电体系,电子的运动受维度限制只能沿前后两个方向运动,因此一维体系的所有电子相互关联,表现为集体运动的形式,不再有费米液体理论所描述的准粒子存在,只能由Luttinger液体理论来描述。由于一维体系电子的集体运动,Umklapp scattering(倒逆散射)效应对一维导电体系的电学行为具有非常重要的影响,引发金属绝缘体相变。在压力调控的维度演化过程中,伴随多种相互作用的此消彼长,可产生丰富的量子演生现象。目前对准1维导电材料的研究主要集中在(TMTTF)2X和(TMTSF)2X(X=TaF6,AsF6,PF6,ClO4,ReO4)等有机材料,这些有机材料结构复杂,缺乏对维度过渡物理现象的深入研究。
  最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室靳常青研究组的望贤成副研究员带领博士生张俊,运用高压高温技术制备了准一维新材料Ba3TiTe5。他们的研究结果表明:(I)Ba3TiTe5的电子能带结构具有典型的一维导电特征,实验发现该材料由于倒逆散射,发生了金属~绝缘体相变,呈现半导体行为。(II)压力增大导电链之间电子跃迁几率,倒逆散射导致的金属~绝缘体相变被完全抑制,体系从Luttinger液体向三维金属过渡,同时伴随超导现象;离开Luttinger液体区域,超导转变温度Tc开始下降,表明超导现象与Luttinger液体失稳相关。(III) 进一步增大压力,Ba3TiTe5材料体系进入三维金属区域,部分费米面嵌套,导致体系发生自旋密度波转变;伴随压力抑制自旋密度波,超导转变温度Tc开始上升,并在自旋密度波转变被完全抑制的压力点达到最高Tc,此时体系由于量子临界涨落表现为非费米液体行为;继续增大压力,体系远离该量子临界点,并逐渐向传统的费米液体行为过渡,同时超导Tc缓慢下降。综上,通过压力连续作用,Ba3TiTe5材料呈现了维度调控的丰富的量子演生现象。这种维度连续过渡很难通过化学或其它外场方法实现,压力凸显了与众不同的维度调控优势,为系统揭示维度演化诱发的材料新性能提供了机遇。以上工作包括实验和理论,涉及高压极端条件样品合成、高压低温强场物性调控、以及电子结构计算,得到胡江平研究员、北京高压研究中心/南方科技大学朱金龙教授、南京理工大学李志教授的密切合作。
  上述研究工作近期发表在Springer Nature出版社NPG Asia Materials 11, 60 (2019) 上,入选编辑推荐文章,研究得到国家重点研发计划和基金委项目资助。
文章引用信息:
J. Zhang, Y. Jia, X. Wang, Z. Li, L. Duan, W. Li, J. Zhao, L. Cao, G. Dai, Z. Deng, S. Zhang, S. Feng, R. Yu, Q. Liu, J. Hu, J. Zhu, C. Jin, "A New Quasi One-Dimensional Compound Ba3TiTe5 and Superconductivity Induced by Pressure", NPG Asia Materials 11, 60 (2019).
文章全文链接:https://doi.org/10.1038/s41427-019-0158-2
图1:Ba3TiTe5的晶体结构(a)、常压能带结构(b)及费米面(c)。其晶体结构中含有沿c方向的共面八面体TiTe6链,TiTe6链位于ab面内三角格点上,在三角格子的中心有一个Te原子链。TiTe6链和Te原子链由Ba2+离子隔开,形成一维导体。
图2:压力调控准一维材料Ba3TiTe5的磁电特性演化。(a) 在0-18.9 GPa压力范围的电阻随压力变化:在较低压力由于倒逆散射效应材料呈现半导体行为;在6.7-8.8 GPa压力区间,低温电阻数据间突然下降5个数量级,表明倒逆散射效应对电子输运行为的影响被抑制,一维金属开始向三维金属过渡;同时在8.8 GPa压力点观察到超导迹象。(b) 在20.2-58.5 GPa压力范围的电阻随压力变化:除了超导现象之外,在低温还发生了金属~半导体转变,对应于SDW/CDW的产生;同时在36.7 GPa压力附近观察到低温线性电阻行为,对应于SDW/CDW被抑制后的量子临界点。(c) 在17.3 GPa压力,超导转变随磁场向的演化,由此可以估算临界场。
图3:准一维材料Ba3TiTe5压力调控的维度次第变化诱发的量子演生相图。


NPG Asia Materials 11, 60 (2019).pdf
相关话题/材料 金属

  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效,10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材,产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频,无论您是考研复习、考证刷题,还是考前冲刺等,不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 拓扑半金属的大横向热电效应和潜在应用
    热电材料可以实现温差和电能的直接相互转换。作为新型能源和制冷材料,热电材料具有无振动,无噪音,无需维护,可集成化等一系列优点,在空间技术,微电子与信息技术等领域具有广泛的应用前景。但是,当前热电材料的转换效率仍然较低,限制了其应用范围。传统热电材料主要是掺杂的窄带隙半导体,其效率受制于若干基础物理原 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • Z2非平庸节线半金属和高阶拓扑绝缘体研究取得重要进展
    拓扑材料的发现对新的拓扑态和新奇物性的研究具有重要的意义。不久前,通过拓扑量子化学[1],对称性指标[2,3]等手段对无机晶体材料做了地毯式的搜索和分类,可以通过开源程序(https://github.com/zjwang11/irvsp)判别任何非磁晶体材料的拓扑性质 (www.cryst.ehu ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 新型二维原子晶体材料单层二硒化钒的“一维图案化”及其功能化
    二维原子晶体材料的功能化对实现其在光电、催化、新能源以及生物医学等领域中的应用具有重要意义。在实现二维材料功能化方面,结构图案化调控是其中一个重要手段。之前,人们利用电子/离子束刻蚀、元素掺杂等手段实现了二维材料的图案化。图案化的二维材料则呈现出了许多新的物理性质,例如“纳米网状”石墨烯的半导体特性 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 高压制备大线性磁电效应与磁场诱导铁磁-铁电性材料
    线性磁电效应是指磁场(H)感生电极化(P)或电场(E)感生磁化的现象,感生的电极化与磁化强度可用公式P = αH 或M = αE来表示,其中α定义为线性磁电系数。由于磁场可调控电极化以及电场可调控磁性质,线性磁电效应材料作为一种重要的磁电耦合多功能材料获得了广泛研究。在实际应用中,人们期望材料在较为 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 在一种单层铁磁材料中发现外尔节线
    最近十几年,能带的拓扑理论发展迅速。目前,人们已经发现了多种拓扑能带结构,比如狄拉克锥(Dirac cone)、外尔锥(Weyl cone)以及狄拉克/外尔节线(Dirac/Weyl nodal line)。这类拓扑能带结构会带来奇特的物理现象,比如手性反常、超大磁阻等。然而,除了石墨烯早已被证实拥 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 外尔半金属中巨大热导率量子振荡的发现和手性零声的证据
    众多周知,金属是电的良导体,同时也是热的良导体。这是因为在电子弹性散射的理想情况下,电导率和热导率互成比例,二者满足Wiedemann-Franz (WF) 定律。该定律所描述的热和电的输运关系是朗道费米液体的基本性质之一,但是其在拓扑半金属体系中的适用性仍然不明确。拓扑半金属的电输运测量,尤其是电 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 铁磁金属/拓扑绝缘体异质结中自旋流--电荷流转换效率调制取得进展
    自旋流的产生、操作和探测是自旋电子学研究的最基本问题,其中一个关键目标是在室温以上实现电荷流--自旋流的高效转换。电荷流--自旋流转换效率与材料中的自旋-轨道耦合密切相关,通过逆自旋霍尔效应(Inverse Spin Hall effect)和逆埃德尔施泰因效应(Inverse Edelstein ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 发现一类不同寻常的铜基高温超导新材料
    铜氧化物高温超导体(简称铜基超导)是常压条件下迄今转变温度最高的超导材料体系,对它的微观机制破解入选《Science》125个重大科学难题,目前依然是凝聚态物质科学最大的谜团和挑战之一。由于铜基超导体很强的Jahn Teller效应和层间库伦作用,沿c方向的铜氧键长大于铜氧平面内的键长,导致基本电子 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 4.6V高电压钴酸锂锂离子电池正极材料研究进展
    钴酸锂(LiCoO2)是最早商业化的锂离子电池正极材料。由于其具有很高的材料密度和电极压实密度,使用钴酸锂正极的锂离子电池具有最高的体积能量密度,因此钴酸锂是消费电子市场应用最广泛的正极材料。随着消费电子产品,特别是5G手机等,对锂离子电池续航时间和体积大小的要求不断提高,迫切需要进一步提升电池体积 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21
  • 过渡金属硫化物中伊辛超导电性研究取得新进展
    二维层状过渡金属硫化物MX2(M代表Mo,Nb,W;X代表S,Se,Te)中的强自旋-轨道耦合作用与结构的多样性赋予这类材料许多新奇的物理性质,如在少数层1Td相的WTe2中观测到量子自旋霍尔效应,在少数层2H相的MoS2与NbSe2中观测到伊辛超导电性等。这些发现使得MX2材料成为当前凝聚态物理学 ...
    本站小编 Free考研 2020-05-21