强磁场超高压下关联电子材料的超导电性及相关物性研究

This project is based on the key project--"(7) Study on the physical properties of correlated system materials under high magnetic field (≥20T)". We propose to study the superconducting properties of correlated system materials using the extreme experimental conditions by combining high magnetic field and high pressure facilities. We plan to perform three kinds of work: (1) The study of topological superconductivity under high magnetic field and high pressure. We will explore the possible existence of topological superconducting materials by turning the physical properties of topological insulating materials such as Bi2Se3, Cd3As2, and YbB6 using intercalation/doping as well as applying high pressure. And we will investigate the evolution of the Fermi surface and topological properties by using the quantum oscillation experiments; (2) The investigation of possible emergence of superconductivity of some antiferromagnetic-ordered correlated electron materials when their antiferromagnetic orders are suppressed by high magnetic field and high pressure. And the investigation of other related exotic phenomena; (3) The study of the quantum oscillation effects of iron-based superconductors and other superconducting materials under high magnetic field and high pressure. We will determine their Fermi surface topology and analyze their pairing symmetry. It is hopeful to obtain valuable results in the topological superconductivity，exploration of new superconductors, and the superconducting mechanisms based on this project.

本申请针对重点支持项目--“（7）强磁场下（≥20T）的关联体系材料的物性研究”提出，结合强磁场和超高压极端条件开展超导电性及相关物理性质研究。我们拟开展三个方面的研究内容：（1）结合强磁场和超高压条件研究拓扑超导电性，在Bi2Se3，Cd3As2，YbB6等拓扑绝缘体材料的基础上，通过施加超高压和插层，掺杂等调控手段探索潜在的拓扑超导材料，并利用量子振荡效应对其费米面行为和拓扑性质进行表征；（2）结合强磁场和超高压压制一些具有反铁磁序的关联电子材料的反铁磁序，研究在这些材料中可能出现的超导电性，及相关的奇异现象；（3）结合强磁场和超高压研究铁基超导体和其它超导材料的量子振荡效应，测定其费米面形状，分析其配对对称性。通过本项目的研究，预期在拓扑超导电性、新超导材料探索及超导机理方面得到一些有意义的结果。

关于超导电性的研究一直是凝聚态物理和材料物理研究的一个挑战性课题。当前，铁基超导电性的机理尚不清楚，哪些材料是拓扑超导材料仍需通过理论和实验来证实。强磁场、超高压和极低温综合极端条件是研究超导电性的重要平台。本项目团队结合合肥物质科学研究院的稳态强磁场装置和物理所的超高压条件联合开展关联电子材料的超导电性和相关物性研究，取得了一系列研究进展。. 我们主要开展了以下几个方面的研究内容：（1）对以SrxBi2Se3为代表的的拓扑超导体利用强磁场、超高压和低温综合条件进行了研究；（2）对部分基态为反铁磁态的关联电子材料利用超高压抑制其反铁磁态，并探讨其超导电性；（3）对NbTi等合金超导体和铋系铜氧化物超导提及铁基超导体在强磁场、超高压下的超导电性和费米面行为进行了研究。.在项目支持下获得的重要结果有：（1）发现SrxBi2Se3超导体在进入超导态时其表面的狄拉克电子形成了库伯对，发现其在超高压下的超导电性重入及强磁场下的面内霍尔效应等新奇量子现象；（2）研究了NbTi合金和(TaNb)0.67(HfZrTi)0.33高熵合金在强磁场、超高压和低温下的超导电性，发现该类合金在综合极端条件下具有良好的应用前景；（3）发现铋系铜氧化物超导体、以及SmB6和YbB6康德绝缘体在超高压、强磁场下的系列量子临界现象；（４）探讨了ThFeAsN、Ca0.73La0.27FeAs2等铁基超导体的费米面行为和超导配对对称性。. 在本项目支持下共发表SCI论文47篇。包括Nat. Phys. 1篇，Nat. Commun. 1篇，Proc. National Academy Sci. USA 1篇，Adv. Mat. 1篇，Rep. Prog. Phys. 2篇, 在Phys. Rev. B、Appl. Phys. Lett.、 Sci. Bullet.等刊物上发表论文27篇，申请国家发明专利2项（获授权1项）。. 本项目研究成果的科学意义如下：（１）通过对SrxBi2Se3超导体的研究，基本证实其各种物理行为和拓扑超导体相符；（２）发现NbTi合金和高熵合金在综合极端条件下强壮的超导电性，为这类材料在未来高场超导磁体、核磁共振仪等产业应用提供了科学依据。（３）通过对部分铁基超导体和拓扑绝缘体材料的研究，为这类材料的超导配对对称性和拓扑物性提供了实验证据。