找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 272|回复: 0

田明亮等在笼目金属CsV3Sb5中实现超导-绝缘体相变和反常霍尔效应的电调控

[复制链接]

160

主题

190

帖子

330

积分

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
330
发表于 2023-2-17 09:05:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,中科院合肥研究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队与国内外研究团队合作,利用质子门电压技术在笼目金属CsV3Sb5中实现了超导-绝缘体相变以及反常霍尔效应的电调控。研究成果在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。
  拓扑笼目金属体系由于电子关联效应以及非平庸的能带结构使其展现出丰富的物性,包括非常规超导电性、电荷密度波以及巨大的反常霍尔效应(AHE)等。然而,目前人们对该体系中巨大反常霍尔效应产生的物理机理以及体系是否存在量子相变尚不清楚。利用门电压技术实现这些电子关联态以及反常霍尔效应的调控有助于揭示其物理起源、发现新奇的量子现象、构筑新型低功耗电子学器件。

高场量子震荡

高场量子震荡
(A)CsV3Sb5单晶中高场量子震荡。(B)超薄CsV3Sb5纳米片中质子插层诱导的超导-绝缘体相变。(C)反常霍尔电导对载流子浓度的依赖关系。
  为此,强磁场中心陈正博士生长出了高质量的CsV3Sb5单晶并在混合磁体上观测到清晰的量子震荡,如下图(A)所示。随后,郑国林研究员与澳大利亚皇家墨尔本理工大学谈诚博士利用新发展的固态质子门电压调控技术,系统地研究了不同厚度CsV3Sb5纳米片在质子门电压调控下的低温输运特性。研究发现质子插层诱导的无序能很快抑制掉超薄CsV3Sb5纳米片(25 nm以内)中的超导电性,且电阻-温度(R-T)曲线在低温下展现出了半导体特性。而在更大门电压(>20 V)下,CsV3Sb5纳米片在低温下的方块电阻(sheet resistance)达到106 Ω以上,远大于库伯对的量子电阻值(~6450Ω), 表明CsV3Sb5纳米片在较强的无序下出现了超导-绝缘体相变 [下图(B)]。而与传统绝缘体不同的是,CsV3Sb5纳米片绝缘态的电阻在温度趋近于0 K时呈现出饱和的趋势,这种非典型的“绝缘态”可能源于局域的库伯对之间的有限隧穿。
  对于较厚的CsV3Sb5纳米片(>40 nm),研究人员发现较小的门电压(<7V)不会改变超导转变温度,即无序效应被极大地抑制。然而,低温霍尔电阻的斜率在门电压下被连续改变,表明在较厚的纳米片中施加较小的质子门电压即可实现载流子浓度的大范围调控。我们发现,体系中巨大的反常霍尔效应发生在布里渊区中M点附近的空穴带中(对应的空穴浓度2x1022cm-3),并且首次在电子带中也观测到大的反常霍尔效应,如下图(C)所示。结合理论分析与计算,我们发现体系中巨大的反常霍尔效应主要起源于平带中空穴的斜散射。
  强磁场中心郑国林研究员为论文第一作者,谈诚博士和陈正博士为共同第一作者,田明亮研究员、周建辉研究员、宁伟研究员以及合肥工业大学王澜教授为论文共同通讯作者。该工作得到了科技部、基金委、中科院、合肥研究院等项目的支持。论文中单晶的高场磁阻测试在稳态强磁场实验装置(SHMFF)的混合磁体(45T)上完成。厦门大学王茂原副教授为该工作提供了计算支撑,强磁场中心朱相德研究员为单晶生长提供了帮助和指导。
  文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-36208-6  
           文章来源:合肥研究院
       田明亮,研究员,1965年生于河南省洛阳市。1992获武汉大学理学博士学位,毕业后到中国科学技术大学做博士后研究。94年留校任教,98年被破格晋升为正教授(博导)。曾于96和98年先后在日本帝京大学理工学部和法国国立科学研究院(CNRS)Grenoble固体物性实验室作合作研究。2001年受聘到美国宾夕法尼亚州立大学纳米尺度科学中心,先后任职纳米中心助理研究员和物理系助理教授并兼任纳米中心实验室运行管理负责人。2010年以中科院“百人计划“项目受聘为合肥物质科学研究院强磁场中心研究员。长期从事低维体系中的电子和自旋的量子输运研究,在固体中的电荷米度波,纳米碳管,金属、磁性和超导量子线及高温超导等材料合成及控制生长,结构表征,低温电导和磁阻等方面取得了一系列在国际上有影响力的重要结果,发表论文共106篇(第一作者33篇),SCI收录论文96篇。其中在国际上具有重要影响力期刊,如NatuePhysics(1),Phys.Rev.Lett.(5),NanoLetters(6),JACS(1),Phys.RevB(18)和Appl.Phys.Lett.(2)上发表论文34篇(第一作者16篇)。近几年(2003后)发表论文28篇,被引用670多次。目前受邀为Phys.Rev.Lett.,JACS,NanoLett.,Adv.Mater.,及APL等33种国际期刊的论文审稿人,美国物理学会(APS)和材料研究学会(MRS)会员。
        周建辉,男,强磁场科学中心研究员,博士生导师。2006年本科毕业于四川师范大学,获得物理学学士学位。2012年博士毕业于中国科学院物理研究所,2013年获得理论物理博士学位。2012年10月到2017年10月先后在美国卡内基梅隆大学物理系和香港大学物理系从事博士后研究工作,2018年4月加入中科院强磁场科学中心。主要从事固体中贝里相位效应( 拓扑半金属、拓扑超导体、二维材料)、拓扑等离激元以及量子反常相关的新奇物性。迄今为止在国内外学术期刊上发表20余篇学术论文,包括Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B等。目前主持合肥研究院科研启动基金一项。









  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 00:40 , Processed in 0.098807 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表