鑽石舞台

近日，上海師範大學的秦曉梅研究團隊與北京高壓科學研究中心的楊文革研究團隊、上海技術物理所陳平平研究團隊、南方科技大學朱金龍研究團隊合作的最新研究發現，在壓力的調控作用下，HgTe單晶表現出豐富的晶體及其電子結構相變，並且在HgTe中首次發現了壓力誘導的超導現象。

拓撲絕緣體因其獨特的電子結構在過去十年已成為凝聚態物理和半導體器件領域的研究熱點。與普通絕緣體相比，拓撲絕緣體在其表面存在導電的邊緣態。HgTe量子阱是第一個被發現的二維拓撲絕緣材料，具有帶隙反轉、載流子類型和拓撲演化等獨特的物理性質。

「近幾年，很多拓撲材料在壓力作用下表現出新奇的物理性質，比如超導電性。相比於化學摻雜，壓力是一種獨特，更直接的調控手段¾不會引入化學雜質而污染被測樣品。壓力可以直接改變原子間距和原子間的相互作用，進而改變物質的晶體結構和電子能帶結構，最終改變物質的物理性能。因此我們試圖利用高壓手段來調控拓撲絕緣體HgTe單晶的結構及其物理性質。」楊文革研究員說到。

該研究團隊通過原位高壓拉曼光譜，高壓電輸運等測量並結合理論計算系統地研究了 HgTe 單晶薄膜在高壓下晶體結構和電子結構的變化。首先他們將MBA生長的400納米厚的HgTe單晶樣品放置於金剛石對頂砧（DAC），通過原位拉曼光譜觀測HgTe單晶在高壓下的結構變化。結果顯示，HgTe 單晶薄膜在所測壓力~54 GPa範圍內，發生了四次晶體結構的轉變。

常壓條件下，HgTe是半導體，該研究中的電輸運測量表明，在相 I 區間（~1.2GPa）內，常溫條件下， HgTe依然是半導體，然而隨着溫度降低，其電阻逐漸增大並在 10 K左右趨於飽和。這種現象意味着相I表現出拓撲絕緣體性質，與他們進一步的能帶結構計算相一致。隨着壓力的升高，HgTe 單晶典型的半導體行為逐漸受到抑制，並且從半導體向金屬的轉變，在壓力大於3.9 GPa 的條件下，HgTe都表現出金屬的特性。隨着溫度的降低，電阻及磁學測量表明，HgTe單晶在四個高壓相都出現了超導轉變。

「這也是首次在HgTe單晶薄膜中發現壓力誘導的超導轉變。因此，高壓下HgTe的超導電性有可能被「糾纏」在拓撲態中。」 秦曉梅教授解釋到。HgTe高壓下的拓撲超導的相關機理還有待進一步深入研究。