拓?fù)浣^緣體是近年來凝聚態(tài)物理的研究熱點之一，它作為物質(zhì)的一種新的量子態(tài)，與普通絕緣體一樣能譜具有體能隙，但表面態(tài)卻是金屬性的。這種金屬性受到時間反演不變性的保護(hù)，與表面的具體形貌無關(guān)，只和全局拓?fù)鋵傩韵嚓P(guān)。人們相繼在Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3理論預(yù)期和實驗驗證了3維拓?fù)鋺B(tài)的存在。與拓?fù)浣^緣體類似的還有拓?fù)涑瑢?dǎo)體，這類材料的塊材與普通超導(dǎo)體一樣具有超導(dǎo)配對能隙，但在表面上可能存在一類新的準(zhǔn)粒子Majorana費米子，它相當(dāng)于Dirac費米子的“一半”，它的反粒子即它本身，這一類準(zhǔn)粒子所遵循的非Abel屬性可用于量子計算中。
最早關(guān)于拓?fù)涑瑢?dǎo)體的實驗研究來自于向拓?fù)浣^緣體材料Bi2Se3的層間摻入Cu，誘導(dǎo)產(chǎn)生超導(dǎo)電性。隨后中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）極端條件實驗室靳常青研究組和理論室方忠研究組密切合作，應(yīng)用綜合高壓在位實驗條件，在非摻雜的拓?fù)浣^緣體材料Bi2Te3的常壓結(jié)構(gòu)相中誘導(dǎo)出了超導(dǎo)電性，這個結(jié)果開啟了運用物理手段研究拓?fù)涑瑢?dǎo)體的另一條途徑。（Proc. Natl Acad. Sci. (PNAS) 108, 24 (2010) ）
最近靳常青研究組對拓?fù)浣^緣體材料Sb2Te3的結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)及拓?fù)湫再|(zhì)隨壓力的演化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，博士研究生朱潔、張俊良、孔盼盼等的實驗結(jié)果表明，Sb2Te3在4GPa以上就出現(xiàn)超導(dǎo)電性；相應(yīng)結(jié)構(gòu)實驗表明，第一個高壓結(jié)構(gòu)相變的壓力點在12.9GPa以上，所以Sb2Te3的常壓相結(jié)構(gòu)中就存在超導(dǎo)電性。不同壓力的霍爾電壓結(jié)果測量表明，在7.5GPa存在一個電子結(jié)構(gòu)相變，載流子從p型變?yōu)閚型。和方忠研究組合作，根據(jù)理論計算結(jié)果，Sb2Te3在 6.9GPa高壓下能帶仍然具有穩(wěn)定的Dirac圓錐結(jié)構(gòu)，表明在7.5GPa以下壓力的超導(dǎo)性與拓?fù)湫韵嚓P(guān)。假設(shè)體態(tài)在高壓下的超導(dǎo)為S波超導(dǎo)體，近鄰效應(yīng)將使拓?fù)浣^緣體的表面態(tài)變?yōu)槌瑢?dǎo)的表面態(tài)，表面態(tài)的這種超導(dǎo)電性和輪廓分明的Dirac圓錐可能與p+ip波函數(shù)對稱性拓?fù)湎嚓P(guān)。
這一研究結(jié)果發(fā)表在2013年6月的Scientific Reports（Scientific Reports 3 : 2016(2013)）上。本工作得到科技部重大科學(xué)研究計劃、基金委重大國際合作和重大研究計劃的資助。
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