中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学共建，各项任务依托强磁场科学中心开展。装置于2017年通过国家验收，验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平... 更多简介 +
近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心低功耗量子材料研究团队与山东大学、安徽大学等研究团队合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）所属多功能物性测量系统，在有机插层的1T-TaS2高压调控方面取得新进展。研究团队提出将有机阳离子插层与压力相结合的协同调控策略，以探索低维材料在高压条件下的物性，揭示了1T-TaS2中维度、电荷密度波（charge density wave, CDW）与超导电性之间的关联。研究结果以“Pressure-induced Ising superconductivity in organic-intercalated 1T-TaS2”为题，发表在物理学期刊 Reports on Progress in Physics 上。
层状过渡金属硫族化合物（TMDs）蕴含丰富的量子现象，其物性对层间耦合与维度高度敏感。尽管减薄与加压这两种手段都已分别用于调控材料物性，但少层材料在极端压力下极为脆弱，直接开展高压研究存在很大困难。为此，研究人员将十六烷基三甲基铵阳离子（CTA+）插入块体1T-TaS2的层间。经CTA+插层后，样品的维度得到有效降低，其物性在一定程度上与厚度约为10 nm的1T-TaS2薄片相近。
随后，研究团队对本征1T-TaS2和有机插层CTA-TaS2开展了系统的高压调控研究，发现插层样品与本征样品在高压下表现出显著不同的行为。在本征1T-TaS2中，超导电性在公度电荷密度波态（CCDW）被抑制后出现，并与近公度电荷密度波态（NCCDW）共存。相比之下，在CTA-TaS2中，超导电性伴随着NCCDW完全抑制而出现。随着压力进一步升高，受插层带来的层间解耦效应影响，压力提升至58.1 GPa时，仍未观测到超导电性再次增强，说明CTA-TaS2在高压下维持层状结构，和本征1T-TaS2发生压力诱导结构转变的行为形成鲜明对比。此外，CTA-TaS2中的超导电性表现出显著的Ising特征，具有较大的面内面外各向异性，且面内上临界场超过泡利顺磁极限的两倍。
该研究揭示了材料维度、CDW与超导电性之间的复杂关联，为研究低维材料在高压环境下的量子态提供了新的实验途径。有机阳离子插层与压力相结合的协同调控策略还可推广至其他范德华材料体系，为设计量子器件提供新的思路。
强磁场科学中心博士研究生陈嘉琪为论文第一作者，强磁场科学中心杨昭荣研究员、博士后王舒阳及山东大学王以林教授为论文共同通讯作者。强磁场科学中心陈绪亮副研究员、周永惠副研究员，安徽大学安超副教授等为论文合作者。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国科学院低功耗量子材料建制化科研平台等项目的支持。
论文链接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/aea4f0
图1: 1T-TaS2 有机插层示意图及高压相图
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