近日，南京大學物理學院李紹春教授課題組與溫錦生課題組、陳延彬課題組合作，利用鹼金屬插層的方法在Weyl半金屬WTe
2中實現了超導轉變。該工作以“Superconductivity in Potassium-Intercalated Td-WTe2”為題於2018年9月18日在Nano Letters上在線發表（https:/doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03180）。南京大學物理學院博士生朱立為論文的第一作者；李紹春教授、溫錦生教授和陳延彬教授為該工作的共同通訊作者。如何在拓撲材料中調節超導相變是近年來的凝聚態物理中的一個研究熱點，有望實現拓撲超導體。作為第Ⅱ類Weyl半金屬的候選材料以及由於不飽和磁阻現象的發現，WTe2引起了學術界的廣泛關注。2015年，南京大學物理學院的宋鳳麒等人和中科院物理所的孫力玲等人通過高壓手段分別在WTe2中獨立發現了超導轉變。隨後，南京大學物理學院的孫建等人通過DFT計算發現，這種高壓下的超導現象伴隨著的結構相變。然而一直以來在常壓下都沒有觀察到WTe2的超導轉變。因此，是否在WTe2中存在拓撲與超導的共存仍然是一個有待回答的問題。考慮到高壓下的結構相變會導致材料的拓撲性質發生變化，尋找一種有效的調控方法來獲得WTe2常壓超導是非常必要的。
電荷摻雜是一種相對常用而且有效的超導調控方法。該課題組採用液氨法成功地在WTe2單晶的範德瓦爾斯間隙中插入鹼金屬元素鉀原子，獲得了不同鉀原子濃度的插層KxWTe2，如圖（a）所示。XRD精修結果顯示，鉀原子插層並沒有明顯改變WTe2的晶體結構，因此KxWTe2可能仍然保留了第二類Weyl 半金屬的拓撲能帶性質，而鹼金屬插層則主要起到了電荷摻雜的作用。圖（b）顯示了電阻隨溫度變化的測量結果。隨著溫度下降，插層KxWTe2呈現出半金屬特性，與未摻雜的WTe2一致；當溫度到達~2.6 K附近時，電阻出現迅速的下降，並在~1.2 K完全降為零，表現出超導轉變。施加外磁場可以觀察到超導轉變被抑制，如圖（b）插圖所示。KxWTe2的超導性質表現出強烈的各向異性：沿平行於樣品表面方向的臨界磁場要比垂直方向的臨界磁場大10倍左右。 這一性質與已經報道的一些超導體系相似，比如一些過渡金屬二硫化物和鐵基超導體。掃描隧道顯微譜測量證實了超導能隙的存在，如圖（c）所示。
圖1（a）KxWTe2的STM表面形貌圖。（b）鉀插層WTe2的電阻隨溫度變化曲線。插圖：在不同的外加磁場（H⊥）下的電阻隨溫度變化曲線。（c）KxWTe2樣品表面測量的掃描隧道顯微譜顯示超導能隙的存在。
可以預期，常壓下WTe2的超導轉變將使得更多的實驗測量手段可以被利用，從而為常壓下研究WTe2的超導機制提供了材料基礎。由於WTe2本身屬於第二類Weyl半金屬，鉀插層的WTe2也為研究拓撲超導提供了一種新的候選材料。
該工作得到了固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創新中心、科技部重大科學研究計劃、國家自然科學基金、江蘇省雙創人才計劃和六大人才高峰等項目的資助。
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