【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心低功耗量子材料研究團隊與南京大學及安徽大學等研究團隊合作，利用穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)超高壓物性測量系統，結合變溫拉曼光譜實驗與理論計算，在天然塊體異質結6R-TaS2中發現壓力下非單調演化的超導電性及其與電荷密度波 (charge density wave，CDW) 之間不尋常的相互作用。研究結果發表在物理學期刊 Physical Review Letters上。
隨著二維材料領域技術飛速發展，科學界已經能夠精準地分離和操控不同性質的二維單層，進而將他們組裝成新型量子材料—范德瓦爾斯異質結構(vdWHs)。組裝成的vdWHs不僅集成了各個組成材料的功能屬性，還可以通過鄰近效應衍生出奇異的物理性質和物理現象，極大地豐富了我們對物質世界的認知。
作為一種天然塊體vdWHs，過渡金屬硫屬化合物6R-TaS2由交替堆疊的1T-和1H-TaS2單層組成，1T和1H單層分別具有電荷密度波(CDW)和超導電性，這相當于一個堆疊的超導體-絕緣體-超導體(S-I-S)約瑟夫森結。
研究團隊通過對6R-TaS2連續施加壓力，在電輸運測量實驗中發現其超導轉變溫度(Tc)表現出非單調的演化：Tc先增加，隨后保持不變，然后下降，最后在更高壓力下反彈。
進一步的詳細研究揭示了這種非單調演化背后的物理機制：壓力對約瑟夫森耦合產生了精細的調控作用，具體體現在6R-TaS2中1T層導電性和電子態的連續演變：1T層首先從具有穩定CDW序的絕緣態轉變為金屬態，隨后轉變為具有CDW臨界漲落行為的金屬態，最后變為超導態(圖1)。該成果不僅揭示了vdWHs材料在高壓下的新奇物理性質，也為理解復雜量子材料中的超導機制提供了新的視角，對量子材料設計和應用具有重要意義。
強磁場中心博士生王少鵬為論文第一作者，強磁場中心楊昭榮研究員、周永惠副研究員(青促會會員)及南京大學周健教授為共同通訊作者。強磁場中心韓玉巖副研究員、博士后王舒陽，安徽大學安超副教授等為論文合作者。該項研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目的資助。
圖1. 壓力調控6R-TaS2中約瑟夫森耦合的示意圖
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