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加強科技創新,推進跨越發展——合肥市委常委張泉一行赴百思研究院調研
2月19日下午,安徽省合肥市委常委、市政府黨組副書記張泉一行蒞臨公司考察指導。
貝意克設備亮相先進負極材料技術與產業高峰論壇
先進負極材料技術與產業高峰論壇已于2023年2月9 -10日在青島新希望諾富特酒店舉辦,公司展示了不同尺寸和溫度的負極材料燒結設備,大會圓滿結束!這是公司今年來參與的第一場會議,2023年我司將在負極材料領域里大展拳腳,啟航新征程!
首次實現對“籠目”超導體AV?Sb?籠目層的化學摻雜
2020年,研究報道了一種新型層狀kagome結構超導體,AV?Sb??(A= K, Rb, Cs) 。這種AV?Sb??超導體因其獨特的kagome結構而具有平帶(flat band)、鞍點(saddle point)、以及具有線性色散關系的狄拉克點(Dirac point)等特殊的電子能帶結構,展現出電子強關聯、拓撲以及多體效應,很快成為研究幾何阻挫、非平庸拓撲能帶以及多種電子序耦合與競爭的重要平臺,是凝聚態物理研究的熱點之一。目前研究表明該材料體系具有非常規超導性、反常的手性電荷密度波(CDW)、手性磁通相、反常Hall效應,以及配對密度波(Nature?599, 222 (2021))、電子向列相(Nature?604, 59 (2022))、電磁手性各向異性(Nature?611, 461 (2022))等多種豐富的有序態和奇異物理現象,而且發現其電子能譜、輸運性質等方面均表現出很強的二維特征,逐漸認為籠目超導體AV?Sb??中的物理特性, 主要來源于二維平面內V 原子和 Sb 原子構成的籠目層,同時第一性原理計算表明二維平面內 V 原子的 3d?軌道和平面內 Sb 原子的 5p?軌道在費米面附近貢獻較大,其超導配對機制和其它關聯電子態均與費米面附近的多個范霍夫奇異點(Van Hove singularities,VHS)有關。

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圖1.?CsV3-xTixSb5?單晶的原子結構、單晶照片和STEM-HAADF Z襯度像,清晰表明Ti原子替代了kagome層中V原子。

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目前,對籠目結構超導體AV?Sb??的超導態與CDW等競爭電子態之間復雜的演生現象及其物理機制尚存爭議。僅對常壓下的純相AV?Sb??進行研究,無法提高其超導轉變溫度,也很難獲得其超導電性隨載流子濃度、電子能帶結構、磁有序和電荷序等關鍵因素的系統演化規律。為研究AV?Sb??超導電性在這種復雜的電子環境中的行為特征及其與共存有序態的關聯,探究非常規超導起源,研究者最先利用高壓這一便捷的手段去有效縮短CsV?Sb??晶格的原子間距,通過鍵長、鍵角等晶格結構參數的變化調控各種序參量。對壓力變化的超導轉變溫度、CDW態的演化進行了研究,發現壓力單調抑制CsV?Sb?的CDW,而CsV?Sb?超導轉變溫度Tc呈現出M形的非單調雙拱形演化行為(Phys. Rev. Lett.?126, 247001 (2021);Nature Commun.?12, 3645 (2021)),主要歸結于加壓引起電子結構沿c軸的色散或者公度的CDW態轉變為近公度CDW態,但微觀演化機制仍不明晰。在不顯著改變晶體參數的條件下,另外一個研究超導機制和關聯電子態演化的有效手段是進行化學摻雜精細調控載流子濃度,特別是對kagome層的V原子和近鄰kagome層的 Sb 原子的元素替代,有望揭示過渡金屬元素的電荷序、自旋序、軌道序對平帶、范霍夫奇異點等特殊電子結構,進而對超導、CDW、PDW、電子向列相等關聯電子態的影響規律。由于對化學摻雜元素的原子半徑、價態、摻雜量的精確調控具有高的要求,通過化學摻雜實現對kagome層結構及其關聯電子態的調制研究尚未見報道。

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圖2.?CsV3-xTixSb5?單晶的超導、CDW、AHE和AMR隨Ti摻雜比例的演化。

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近幾年,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心高鴻鈞研究團隊對AV?Sb?體系進行了系統而深入的研究。該團隊的楊海濤研究員等制備出Tc達3.5 K的高質量CsV?Sb?單晶,并在原子尺度揭示了CsV?Sb?的非常規超導態的獨特性質,首次在銅基超導體外的超導體系中發現了非常規配對密度波(Nature?599, 222 (2021))。他們基于高質量的單晶同時與國內外多個研究團隊開展了廣泛的合作,對其超導態的各向異性(Chin. Phys. Lett.?38, 057403 (2021, as Express Lett.))、新的CDW態電荷調制機理(npj Quantum Mater.?7, 30 (2022))、kagome層間有序性對費米面的影響(Phys. Rev. Lett.?129, 157001 (2022))、單向電荷密度波(Chin. Phys. B?31, 058102 (2022))、動量依賴的CDW能隙(arXiv:2104.05556)、時間反演對稱性破缺關聯的隱藏序(arXiv: 2107.10714)等進行了系統研究,取得了一系列在國際上有重要影響的研究成果。



圖3.?CsV3-xTixSb5?單晶局域電子結構隨不同Ti原子摻雜比例的演化。

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最近,楊海濤研究員和博士生趙振等通過改進的助熔劑法在國際上首次合成了Ti摻雜的新型層狀籠目結構超導體CsV3-xTixSb5單晶。實現了Ti摻雜比例從0.03到0.27的精細調控,單晶尺寸可達1 cm。(008)晶面的X射線衍射峰搖擺曲線的半高寬僅為0.07°,表明制備的晶體具有極高質量,為研究CsV?Sb?的各種電子關聯態隨化學摻雜的演化奠定了基礎。與中國科學院大學周武教授合作,利用掃描透射電子顯微鏡(STEM)進行了高分辯截面原子結構的測量,證明Ti原子直接替代了kagome層的V原子。與中科院物理所董曉莉研究員和程金光研究員等合作,進行了系統的磁化率、各向異性磁電阻(AMR)、Tc等宏觀物性測量與研究。與陳輝副研究員和博士生黃子豪合作,用極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡/譜(STM/S)聯合系統對CsV3-xTixSb5單晶開展了原子水平上的結構與物性研究。研究發現在Ti原子的摻雜比率小于0.05時,Tc單調降低,STS觀察到的V形非常規超導能隙與減弱的長程CDW、PDW、AHE和電子向列相共存,其中長程的雙向2a??×2a??和單向4a??CDW以及4/3a??PDW同時被抑制,表明三者具有強的關聯性。在Ti原子摻雜比率大于0.05時,Tc又隨摻雜比率的增加而升高,在摻雜比率為0.27時增加到3.7 K,稍高于純相的Tc。同時STS觀察到U型的常規超導能隙,其僅和旋轉對稱性破缺的短程CDW共存,長程雙向2a??×2a??和單向4a??CDW以及4/3a??PDW、面內磁阻的兩重對稱性和AHE均消失,其中短程的條紋序在55 K的臨界溫度消失。這些結果表明了高摻雜比率導致新超導相的出現。

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圖4.?CsV3-xTixSb5?單晶隨不同Ti原子摻雜比例變化的超導能隙和超導、電子關聯態演化相圖。

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為了揭示化學摻雜引起的超導、CDW等電子關聯態的演化機制,他們與中科院物理所的周興江研究員、美國波士頓學院的Ziqiang Wang(汪自強)教授和以色列科學研究所的Binhai Yan(顏炳海)教授等合作,利用角分辨光電子能譜與密度泛函理論計算等對不同摻雜比例的CsV3-xTixSb5單晶進行了系統研究,發現純相CsV?Sb?在Γ點費米面以下存在一些由2a??×2a?長程CDW在M點的能帶折疊產生的電子能帶,輕微摻雜即導致這些能帶消失。隨著摻雜比率的增加,整個費米面向上偏移,到x=0.27時產生了100 meV的偏移,表明Ti摻雜產生了hole doping效應并能有效調節費米能級。進一步發現M點的范霍夫奇異點在Ti摻雜后向上偏移并越過費米能級,因此在M點附近的電子散射被抑制,結果導致CDW、AHE、AMR和電子向列相等關聯電子態的抑制以及新超導相的出現。此外,他們進一步實現了其它過渡金屬原子(Cr、Nb等)對kagome層V原子的替代,發現不同元素摻雜對CsV?Sb?體系的超導轉變溫度、超導能隙具有不同的調制作用,有助于全面深入揭示kagome層在籠目結構超導體中的關鍵作用。

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相關研究結果發表于Science Bulletin?67, 2176 (2022) 。該工作于2021年10月21日公開在ArXiv預印平臺網站上(arXiv:2110.11228),同日美國UC Santa Barbara大學的Stephen Wilson課題組公開了在CsV?Sb?非kagome層進行Sn摻雜的研究工作(arXiv:2110.10912, 后發表于Phys. Rev. Mater.,?6, L041801 (2022))。該研究工作不僅首次實現了對籠目結構超導體AV?Sb?體系的化學摻雜,也是首次報道了籠目結構超導體CsV?Sb?中超導、CDW等多種競爭序隨化學摻雜的演化相圖,對研究配對密度波、電荷密度波、電子向列相的形成機制以及揭示多種相互交纏電子態和非常規超導機制的關聯作用具有重大意義。

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該工作得到了科技部 (2018YFA0305800 and 2019YFA0308500), 國家自然科學基金委 (61888102, 52022105, 51771224, 11888101, 12061131005和11834016) 和中國科學院 (ZDBS-SSW-WHC001, XDB33030100, XDB28010200和XDB30010000) 的支持。

轉載自“中科院物理所”公眾號




文章信息





Yang H, Huang Z, Zhang Y, et al.?Titanium doped kagome superconductor CsV3?xTixSb5 and two distinct phases.?Science Bulletin, 2022, 67(21): 2176-2185,

百思新材料榮獲2022年度合肥市“平安企業”!
2023年1月30日,百思新材料榮獲合肥市“平安企業”,堅持安全第一、效益優先!

1月30日上午,合肥市經濟和信息化局公布2022年度合肥市“平安企業”名單,貝意克旗下百思新材料研究院榮獲合肥市“平安企業”。公司會按照政府指引的方針,堅持安全第一、效益優先,不斷加強平安企業創建工作,進一步增強企業競爭力,充分發揮標桿示范作用。

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