新型三維Dirac材料中量子輸運行為與超導電性研究

《新型三維Dirac材料中量子輸運行為與超導電性研究》是依託浙江大學，由方明虎擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型三維Dirac材料中量子輸運行為與超導電性研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：方明虎
• 項目類別：面上項目

項目摘要

基於具有Dirac錐電子結構的拓撲絕緣體、石墨烯材料所呈現的諸多奇異量子行為和誘人的套用前景，尋找類似新型三維材料已成為凝聚態物理學科重要研究方向之一。本課題將通過新型化合物合成，結合電子能帶計算，尋找到幾類這種材料；針對理論預言、部分被實驗證實，具有同樣電子結構的半Heusler型化合物、Tl基硫族化合物和(Sr,Ca)MnBi2層狀化合物等三維材料，採用化學替代或外加電場手段，調節其載流子濃度和結構，以期獲得新型超導體，並對其超導電性進行表征；在一些磁有序與拓撲絕緣態共存化合物中，通過對其Hall效應、磁阻各向異性、熱電效應等輸運性質的觀測，揭示其量子行為；針對我們最近發現的具有Fe空位超格子結構(Tl,K,Rb)0.8Fe1.6Se2化合物，對其電子結構進行進一步觀測，試圖證實其拓撲絕緣體行為、及與該系統超導電性的關聯。這些研究結果將為Dirac費米子凝聚態物理研究提供更多選項。

結題摘要

基於具有Dirac錐電子結構的拓撲絕緣體、石墨烯材料所呈現的諸多奇異量子行為和誘人的套用前景，尋找新型具有類似電子結構的三維材料已成為凝聚態物理學科重要研究方向之一。在該基金的資助下，基於新型三維Dirac拓撲材料及其新的量子態（包括超導電性），我們開展了多方面研究工作。首先我們發現了一大類新型Ni基超導體: TlNi2Se2-xSx和CsNi2Se2，與國際上一流研究組合作，利用我們製備的單晶，就其超導電性、電子結構、元素替代效應和壓力效應做出了一大批工作，相繼在PRB上發表論文5篇，大大豐富對Ni基超導體的認識。基於能帶理論計算對Weyl半金屬預言，我們組在國際上率先生長出TaP單晶，對其磁阻、Hall係數等物性的測量，發現了負磁阻效應，證實了理論計算的正確性，該項工作發表在Sci. China- Phys. Mech. Astron. 後，入選全球高引論文清單。我們在成功生長出BaMnBi2單晶的基礎上，在證實該類化合物為Dirac材料的同時，通過外加壓強調控，在這類含有Mn原子的層狀反鐵磁化合物中首次觀察了超導電性，該項工作發表在Scientific Report上。另外我們還就磁量子臨界行為、Fe基化合物中Mott絕緣體相變以及壓力效應、非中心對稱超導電性、新型Co氧化物和磁熱材料探索等開展了系列研究。以我們為主或與他人合作在國際一流學術刊物發表論文19篇，其中PRL1篇(Editor’s Suggestion)，PRB 7篇，Scientific Reports 2篇，JOP 1篇，J. of Crystal Growth 1篇，Sci. China- Phys. Mech. Astron. 1 篇（入選全球高引論文清單），培養博士生7名，碩士研究生10名，圓滿完成項目預定研究計畫。