上科大拓扑物理实验室齐彦鹏组在天然拓扑异质结材料BiTe中发现压力诱导的超导电性

近日，上海科技大学物质科学与技术学院拓扑物理实验室齐彦鹏课题组在天然拓扑异质结材料BiTe中发现压力诱导的结构相变和超导电性，相关成果发表于国际学术期刊《今日材料物理学》（Materials Today Physics）。

近年来，利用人工合成的二维材料异质结不仅在研究拓扑能带、磁性调控等方面取得巨大成功，也促进了对天然范德华（vdW）异质结材料的研究。BiTe是一种天然异质结材料，属于(Bi₂)_m(Bi₂Te₃)_n(m=1,n=2)体系的一员，实验与理论研究已表明BiTe是一种三维拓扑材料，其同时具备弱拓扑绝缘体与拓扑晶体绝缘体特征，是研究拓扑物性的理想材料。

天然异质结对外界压力响应敏感，通常会在高压下发生晶体结构相变，进而导致电子结构、磁结构等物性变化。目前，高压下天然异质结BiTe的性质鲜有研究报道。齐彦鹏课题组结合金刚石对顶砧的原位物性测量与第一性原理计算，对高压下天然异质结材料BiTe的晶体结构与电子结构开展了系统研究。

高压X射线衍射实验与理论计算表明，BiTe在高压下经历了两次结构相变，其相变路径为P-3m1→P2₁/m→Pm-3m。高压原位的输运测量证实BiTe的两个高压结构均表现出超导电性，超导转变温度（T_c）最大值为8.4 K。此外还对高压相以及超导机理进行了详细的理论研究。通过进一步对比(Bi₂)_m(Bi₂Te₃)_n系列化合物，发现在超过16 GPa后均转变为体心立方结构，且在相变过程中出现超导转变以及T_c升高特征。

本研究不仅首次报道了BiTe高压结构相变以及压力诱导的超导电性，还加深了(Bi₂)_m(Bi₂Te₃)_n系列化合物高压相图与物性的认识，为未来制备和设计新型异质结材料提供了参考与思路。

图1| BiTe的电子结构相图和(Bi₂)_m(Bi₂Te₃)_n家族系列总结。

上海科技大学物质科学与技术学院齐彦鹏课题组博士研究生朱世豪、朱邦帅为本论文共同第一作者，齐彦鹏教授和博士后吴珏霏为论文的共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

文章标题：Distinct superconducting states in the pressure-induced metallic structures of topological heterostructure BiTe

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529324000531