二硒化钛中的电荷密度波不均匀性和赝能隙

在过去的几十年里，二硒化钛（1T-TiSe2）由于其电荷密度波性质而被人们广泛研究。最近，人们发现二硒化钛（1T-TiSe2）可以通过铜原子掺杂、加压或者门电压调控来实现超导电性，并形成随着掺杂度/压强变化的拱形超导相图。由于和铜氧化物高温超导体具有相似的相图，二硒化钛（1T-TiSe2）自实现超导以来就备受关注。人们一直致力于研究二硒化钛（1T-TiSe2）的超导机理，以及超导相和电荷密度波之间的关联。然而，迄今为止仍无定论，是否超导相与电荷密度波之间存在竞争关系仍在研究之中。通过调控掺杂浓度，二硒化钛（1T-TiSe2）可以实现电荷密度波到超导相的转变，从而为研究二者之间的相互关联提供了一个良好的材料平台。

基于上述原因，南京大学物理学院李绍春研究组和李建新研究组合作，利用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）开展了对二硒化钛表面电子结构的研究。他们在轻自掺杂（Ti轻度过量）的二硒化钛表面上成功观测到了电荷密度波的空间不均匀性和赝能隙的存在。研究发现，样品表面电荷密度相的能隙大小在空间存在不均匀性，自掺杂导致了局域的电荷密度波能隙变小。然而，能隙本身的变小并没有压制电荷密度波相的空间周期调制结构（表面的2 × 2周期）。这样就很好地解释了为什么以往的输运测量显示掺杂的1T-TiSe2会压制CDW相，而XRD测量依然在超导区域可以观测到2 × 2的CDW周期调制。另外，研究者们还发现了一个新的能隙。该能隙的宽度小于CDW能隙，而且能隙的打开温度高于超导转变温度，类似于铜氧化物超导体中的赝能隙。通过表面电子掺杂实验发现，该赝能隙能够逐渐演化出相干峰结构，表明该赝能隙可能和超导库伯对的预配对形成有一定的关联。

这些实验结果表明电荷密度波与超导电性之间并没有明显的相互竞争关系。赝能隙的发现则显示二硒化钛（1T-TiSe2）的超导和高温铜氧化物超导可能具有一定的相似性，为进一步研究二硒化钛（1T-TiSe2）的超导机制具有重要的意义。目前二硒化钛（1T-TiSe2）表面赝能隙的形成机理尚不清楚，但可以肯定的是，随着掺杂电子的增加，赝能隙变得越来越显著，最终可能演化成超导能隙。这些对深入理解二硒化钛（1T-TiSe2）超导形成机理以及超导与电荷密度波之间的相互关系具有启发意义。

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该项目由中国科学技术部（2014CB921103, 2013CB922103, 2016YFA0300400, 2015CB921202），国家自然科学基金（11774149, 11374140, 11190023, 11774152, 51372112, 11574133），江苏省自然科学基金（BK20150012）以及低维量子物理国家重点实验室开放研究基金提供支持。

更多详情请阅原文：

Kai-Wen Zhang, Chao-Long Yang, Bin Lei, Pengchao Lu, Xiang-Bing Li, Zhen-Yu Jia, Ye-Heng Song, Jian Sun, Xianhui Chen, Jian-Xin Li, Shao-Chun Li, Unveiling the charge density wave inhomogeneity and pseudogap state in 1T-TiSe2, Science Bulletin, 2018, doi: 10.1016/j.scib.2018.02.018

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927318300951

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