科研进展|上科大团队在双拓扑半金属材料中发现压力诱导的超导现象与结构相变

近期，上海科技大学物质学院实验及理论团队联合吉林大学在新型双拓扑半金属Pt₂HgSe₃中发现压力诱导的超导电性及结构相变。该成果以“Pressure-induced superconductivity and structure phase transition in Pt₂HgSe₃”为题，发表在国际知名学术期刊npj Quantum Materials上。

量子自旋霍尔绝缘体具有体内绝缘，且边界存在无能隙的金属导电态的特性。边界态由材料自身能带结构的拓扑性质决定。边界态电子存在自旋-动量锁定关系，即相反方向运动的两种电子在时间反演对称性保护下，不被散射也不受非磁性杂质干扰，因而可被视作是自旋输运的理想“双向高速车道“，量子自旋霍尔绝缘体也因此被视作理想的新型高性能低能耗自旋电子器件的候选沟道材料。在HgTe/CdTe量子阱中首次实现量子自旋霍尔绝缘体后，人们一直致力于寻找具有更大能隙的量子自旋霍尔绝缘体。Pt₂HgSe₃是一种在巴西发现的天然可解理矿物，最近理论计算预测该材料单层时是一种带隙高达0.5 eV的量子自旋霍尔绝缘体，而体材料是一种罕见的双拓扑半金属。

近期，我校物质学院齐彦鹏课题组、李刚课题组与吉林大学刘寒雨课题组通力合作，对双拓扑半金属Pt₂HgSe₃高压下的晶体结构及电子结构进行了深入的研究。第一性原理计算表明该材料在54 GPa下仍然保持非平庸的电子结构。随着压力进一步升高，Pt₂HgSe₃发生了从

到Pc的晶体结构相变，同时出现了超导电性，超导转变温度在88.8 GPa达到4.4 K。这一研究结果表明压力可以有效地调节Pt₂HgSe₃体系的电子性质及晶体结构，而压力下Pt₂HgSe₃表现出的丰富物性为研究拓扑结构与超导性能间的相关性提供了一个理想的平台。

图 | Pt2HgSe3的晶体结构及压力-温度相图。

上海科技大学物质学院齐彦鹏课题组助理研究员裴翠颖、李刚课题组研究生金粟华及吉林大学博士生黄佩豪为该论文的共同第一作者。上海科技大学齐彦鹏助理教授、李刚助理教授及吉林大学刘寒雨教授为共同通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。以上研究得到了国家自然科学基金，科技部重点研发计划，上海市自然科学基金的资助；感谢上海同步辐射光源BL15U1线站，上科大物质学院分析测试中心，吉林大学高通量计算中心的大力支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41535-021-00402-w