物理所5d過渡金屬二硫屬化合物電荷動力學研究獲進展

　　過渡金屬二硫屬化合物(通常簡寫為TX2，其中T表示過渡金屬，X表示硫族元素)是由過渡金屬和硫族元素(如 S，Se，Te)組成的一種層狀結構的化合物。由于在這種材料中，層間距較長，層間耦合也十分弱，所以它有著比較突出的準二維特性。這種特性往往會導致電荷密度波序的形成。而且更有趣的是，在某些這類化合物中，通過對電荷密度波序的壓制，會誘導出超導電性。因此，過渡金屬二硫屬化合物成為凝聚態物理中受到廣泛關注并表現出競爭序的一類材料。

　　最近，5d過渡金屬二硫屬化合物IrTe2引起了人們很大的興趣。首先，IrTe2在270K附近會發生結構相變。已有的研究認為這種結構相變也是與電荷密度波序相關聯，源自于費米面的嵌套不穩定性。然而IrTe2的層間距相對較短，層間耦合較強，準二維特性較弱，不利于傳統的電荷密度波序的形成，因此有可能存在其他機制導致結構相變的發生。其次，最近的研究發現在IrTe2進行Pt或Pd的摻雜會誘導出超導電性。由于Ir和Te的原子系數較大，較強的電子自旋-軌道耦合效應則有可能導致拓撲非平庸態。因此，生長晶體并進行電子結構的探索對于理解該系統結構相變的起源以及超導機制都十分具有意義。

　　中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)極端條件物理重點實驗室王楠林研究組的博士生房愛芳、助理研究員徐剛等首次成功生長出Ir1-xPtxTe2體系系列單晶樣品，對其結構、電磁性質和超導性質進行了表征，特別是通過光譜測量和第一性原理計算對非摻雜單晶樣品的電荷動力學性質進行了細致研究，揭示伴隨結構相變的發生，IrTe2電子結構經歷重新構造，傳導電子譜重顯著變小。尤為重要的是，光譜測量揭示相變前后樣品處在完全不同的金屬狀態，其電導率譜上沒有出現任何電荷密度波相變相干因子所決定的特征能隙結構。結合第一性原理計算，該研究揭示IrTe2發生的結構相變不是源自于電荷密度波相變，而主要是由于晶體電場效應導致Te(px，py)和Te(pz)軌道能帶進一步分開，其電子占據發生變化導致系統電子動能下降所驅動。該項工作發表在【Scientific Report 3, 1153 (2013)】。工作發表后受到該方面后續研究的普遍關注(在arXiv上已有10多次引用)，相關結論得到了后續研究的支持。

　　此項工作獲得科技部“973”計劃、國家自然科學基金的支持。

圖1 (a)不同溫度下的光學反射率譜，(b)不同溫度下的光學電導率譜，(c)Drude-Lorentz模型擬合電導率譜。結構相變后，紅外光譜在25000cm-1的能量尺度上發生巨大的變化，44%的自由載流子丟失。

圖2 (a)(c)(e)與(b)(d)(f)分別表示了理論計算得到的結構相變前后的能帶結構，電子結構以及費米面的示意圖。