物质学院齐彦鹏课题组与合作者在拓扑半金属ZrTe2中发现压力诱导的超导电性与拓扑相变

近期，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联合北京理工大学王秩伟团队在拓扑半金属ZrTe₂中发现压力诱导的超导电性及拓扑转变，成果发表于国际学术期刊《先进科学》（Advanced Science）。

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)是继石墨烯之后的新型范德瓦耳斯材料，其天然的二维特性以及强自旋轨道耦合作用(spin-orbital coupling, SOC)带来了诸如金属-绝缘体转变、电荷密度波(charge density wave, CDW)、能谷电子学特性、非常规超导电性等新颖物理性质，使这类材料成为研究低维量子物理和新一代电子器件的又一理想平台。ZrTe₂是一种典型的过渡金属二硫族化合物，近期研究表明其在常压下具有非平庸的拓扑性质，通过Cu、Ni等元素插层也可以在ZrTe₂中引入超导电性。这些特点使得ZrTe₂成为实现拓扑超导的候选材料之一。

图1| ZrTe₂压力下的输运测试。

高压处理可在不引入无序的条件下改变材料的晶体结构、电子结构，是实现材料量子调控的有效手段。相比于常压物性，高压下ZrTe₂的性质还鲜有研究报导。本工作结合金刚石对顶砧的原位物性测量与第一性原理计算，对高压下拓扑半金属ZrTe₂的晶体结构与电子结构进行了深入研究。

高压同步辐射X射线衍射实验表明，与其他过渡金属硫族化合物不同，ZrTe₂的常压六方结构可稳定维持到49 GPa。高压原位输运测量发现ZrTe₂在8 GPa左右出现超导相变，同时伴随载流子类型的转变。第一性原理计算证实，高压下ZrTe₂的层间Te原子成键，提升了Te原子p电子在费米面上态密度的贡献；与此同时，高压下费米面形状发生转变，即出现压力诱导的Lifshitz相变，这与载流子类型改变相吻合。此外，第一性原理计算还显示ZrTe₂在高压下能保持拓扑奇异性，并发生压力诱导的拓扑转变。这一结果表明压力可以有效调节ZrTe₂的电子性质，ZrTe₂在高压力下表现出的丰富物性为研究拓扑能带与超导电性的相关性提供了一个理想的平台。

上海科技大学物质学院齐彦鹏课题组博士研究生朱世豪、博士后吴珏霏及北京理工大学王秩伟课题组博士研究生朱鹏为该论文的共同第一作者，齐彦鹏教授和王秩伟教授为共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

图2| ZrTe₂的费米面及压力-温度相图。

文章标题：Pressure-Induced Superconductivity and Topological Quantum Phase Transitions in the Topological Semimetal ZrTe2

文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202301332