拓扑

拓扑绝缘体Bi2Se3高压超导性研究取得进展

　　拓扑绝缘体是一种新的量子物态，其体态绝缘，表面态呈现金属特性。由于其具有非平庸的自旋和磁电特性，有望在自旋电子学和拓扑量子计算等领域得到应用，因此，引起全世界广泛研究兴趣。当把拓扑绝缘体和铁磁性或超导体组合在一起时 , 会产生一些新的物理现象，拓扑超导体是一个重要的研究方向。

　　拓扑超导体在实验上已经取得很大进展，如在 Bi2Se3 的范德瓦尔斯能隙中插入Cu实现超导（Phys. Rev. Lett.104, 057001 (2010)），压力诱导 Bi2Te3 （ Proc. Natl Acad. Sci.108,24 (2011)）和Sb2Te3 （ Scientific Reports | 3 : 2016 (2013)）的超导。与化学掺杂相比，压力通过调整原子间距而改变电子结构，不引入缺陷和杂质，是一种诱导和调控超导的有效手段。对于体能隙 0.3eV （接近室温）并具有完美狄拉克锥的 Bi2Se3 ，压力对其晶体结构和电子结构的调控成为令人关注的课题。

　　最近，中科院物理所 / 北京凝聚态物理国家实验室（筹）极端条件实验室靳常青研究组运用基于金刚石压砧的高压低温综合实验技术，在三维拓扑化合物 Bi2Se3 中成功地观察到压力诱导的超导转变。他们生长了高质量的n型Bi2Se3单晶，在12GPa附近发现Tc = 4.4 K,进一步研究表明，这种转变（电阻陡降）温度随外加磁场向低温端移动，表明转变的超导属性。随着压力增加，Tc 先上升到最大值8.2 K（17.2 GPa），然后降到6.5K（23 GPa），在更高压力下保持不变。通过对霍耳系数的原位测量，确定了拓扑绝缘体 Bi2Se3 的超导转变温度和载流子浓度有密切关系。在测量压力范围内，载流子浓度有两个多数量级的增加，并且在起始超导压力点有一个多数量级的增加。同步辐射数据显示，Bi2Se3 在其高压相呈现超导性。结合电学性质测量和结构相变数据，我们得到一个全局的超导相图。

　　与压力诱导的等结构Bi2Te3的超导相比，Bi2Se3的起始超导压力在12GPa附近，其是高压相的出现诱导的，可能是由于Bi2Se3的体能隙几乎两倍于Bi2Te3的体能隙，并且Bi2Se3的表面狄拉克点位于直接能隙中。

　　以上工作发表在 J. Phys.: Condens Matter 25, 362204 (2013) (Fast Track Communication)上 .