二碲化钨是什么? 二碲化钨(WTe₂)是一种过渡金属二碲化物,也是一种具有类似石墨烯特性的二维层状材料。由于其独特且非凡的电气和光学特性,它引起了广泛关注。与二碲化钼(MoTe₂)等其他过渡金属二碲化物一样,二碲化钨在量子技术、晶体管和相变存储器等多个领域展现出巨大的潜力。
WTe₂还是一种已知经历铁电切换的第一种剥离二维材料。在此之前,科学家们仅在电绝缘体中观察到这种现象。然而,WTe₂实际上是一种金属(尽管不是一种很好的金属),这使其与众不同。
超导电性二碲化钨(WTe₂)是具有层状结构的过渡族金属硫族化合物,在其正交晶胞中,钨链沿着碲层的a轴方向呈一维分布。这种材料以其良好的热电性能而闻名。2014年,普林斯顿大学Cava教授研究组意外发现WTe₂在常压下具有不饱和的大磁阻(LMR)特性:在磁场下表现出异常大的正电阻效应,并且在非常高的磁场下也不饱和。这种特性不仅为电子器件的应用提供了潜力,还开启了大磁阻材料的研究新方向。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)超导国家重点实验室SC4组孙力玲研究员及其团队对WTe₂的高压行为进行了深入研究。他们发现,在压力的作用下LMR现象得以连续抑制,并在约10.5GPa的压力下消失,同时表现出超导电性。当压力达到13 GPa时,出现最高超导转变温度(Tc = 6.5 K)。随着压力进一步增加,超导转变温度持续下降,在24 GPa时降至2.6K。
高压原位霍尔测量显示,在LMR完全被抑制和超导电性出现的临界压力下,霍尔系数由正值变为负值。这表明在该临界压力下发生了具有费米面重构的量子相变,通常称为Lifshitz相变。同步辐射XRD实验结果证实WTe₂在20.1 GPa以下没有发生结构相变,但在临界压力下c轴被压缩了6.5%,其压缩比例是a轴的十倍,约为b轴的两倍。
超导电性与电子有序态密切相关。首次在邻近LMR态中发现压致超导现象,丰富了人们对超导态与其他量子态关联性的研究内容。该研究成果发表于《自然-通讯》(Nature Communications, 6 (2015) 7804)。