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上海硅酸盐所在界面效应用于TMD超导体系中取得重要进展

近来,我国科学院上海硅酸盐研讨所、上海微体系与信息技巧研讨所、北京年夜学等协作协作研讨,经由进程化学剥离成单层TaS2纳米片,以及纳米片抽滤自拼装而重新堆叠成TaS2薄膜。重新拼装的TaS2薄膜打破了原母体的晶体结构,形成了丰盛的均质界面,并取得了比母体材料更高的超导改动温度和更年夜的上临界场。相干研讨效果以“Enhanced superconductivity in restacked TaS2nanosheets”为题揭橥于世界顶尖的期刊Journal of American Chemical Society上(DOI: 10.1021/jacs.7b00216)。论文榜首作者为上海硅酸盐地址读研讨生潘杰,通讯作者为黄强盛研讨员。
自1911年超导被创造以来,超导的研讨成为凝聚态物理皇冠上一颗最残酷的明珠。今朝超导材料现已用在人们生计的各个方面,包括超导电线,病院使用的超导核磁共振成像仪以及磁悬浮列车等。但是,虽然超导材料有许多的优势,但由于今朝超导材料的最高超导温度在零下100多摄氏度,本钱依然很高,难以年夜面积地推行。是以,寻求更高温乃至室温超导是物理学家们的梦想,也具有极高的实际价值。
今朝,由于短少理论的支撑,高温超导的探索步履维艰。传统的BCS理论难以阐明40 K以上超导的机理,是以需要提出更完好、更深化的理论来阐明高温超导现象,并为高温超导的探索供应指路明灯。界面超导的创造是近几年超导领域的一个新亮点。2007年,在LaAlO3/SrTiO3界面创造超导电性后(Science. 2007, 317, 1196),引起了研讨者的存眷。随后,在绝缘体La2CuO4/金属相La2-xSrxCuO4界面也创造了高温超导加强特征(Nature, 2008, 455, 782)。比来,我国科学家们创造,SrTiO3单晶/单层FeSe体系的超导改动温度Tc(65 K,Nature Materials, 2013, 12, 605),远高于FeSe块体相的Tc(8 K),相同界面效应在个中起到抉择性的感染。界面超导的研讨为物理学家们探索高温超导供应了极新的思绪,具有重年夜的理论研讨价值。过渡金属二硫族化合物MQ2(M=Ti, Nb, Ta, Mo, W等)的晶体结构由二维[MQ2]层构成,层间存在弱感染力,是一种准二维的电子体系,在低温下具有丰盛的物理特征。由于其特别的结构特征,能够经由进程各类物理或许化学的手腕对它们进行剥离,取得单层的MQ2层。个中,2H-TaS2是一种模范的电荷密度波(CDW)与超导共存的TMD材料,经由进程插层或高压的办法能够抑制CDW改动,加强2H-TaS2的超导特征。但是,界面调控2H-TaS2电子结构却未见报导。
为了在TaS2中建筑丰盛的界面,研讨团队经由进程采纳碱金属离子插层剥离的办法取得单层的TaS2纳米片,并经由进程抽滤的办法对其进行拼装,取得重堆叠的TaS2薄膜。薄膜内部层与层之间发生无规则的歪曲,损坏了正本的晶体结构,形成了均质的界面。经由进一步的研讨创造,重堆叠TaS2薄膜的电子比热系数γ两倍于块体的2H-TaS2。根据固体比热的德拜模子理论,更年夜的电子比热系数γ解释重堆叠TaS2薄膜的费米面附近具有更多的电子态密度。为了更好地阐明重堆叠TaS2薄膜超导加强的机理,研讨团队采纳密度泛函理论(DFT)对两种材料的电子结构进行仿照分析。策画效果创造重堆叠后的TaS2薄膜,因层与层之间存在歪曲,界面处电子的离域化水平加强,由此导致费米面附近的电子态密度增加,超导特征加强。该项研讨效果丰盛了界面超导的研讨内容,为完美超导理论,探索更高温的超导体系供应了很好的研讨思绪。
该项目取得国度要点研制谋划,国度天然科学基金,中科院策略性先导研讨谋划B等项方针支撑。 a,重堆叠TaS2薄膜的结构示意图;b,重堆叠TaS2薄膜的XRD图谱;c,重堆叠TaS2薄膜的HAADF-STEM图画;d,重堆叠TaS2薄膜的选区电子衍射. a,重堆叠TaS2薄膜的磁矩随温度的依靠联系,插图:重堆叠TaS2薄膜的磁矩随磁场的改变联系;b, 2H-TaS2粉末以及重堆叠TaS2薄膜的电阻跟着温度的改变联系;c,不合磁场下重堆叠TaS2薄膜的电阻随温度的改变联系;d,重堆叠TaS2薄膜的比热机能测验

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