Naš kolega Ertugrul Karaca, u suradnji sa znanstvenicima iz Kine i Španjolske, objavio je rad u časopisu Physical Review Letters, u kojem donose otkriće o višestrukim prijelazima u supravodljivo stanje u 1T-HfS₂ pod tlakom te se povezuju sa strukturalnim promjenama.

Pressure-Sensitive Multiple Superconducting Phases and Their Structural Origin in Van der Waals HfS₂ Up to 160 GPa

Wei Zhong, He Zhang, Ertugrul Karaca, Jie Zhou, Saori Kawaguchi, Hirokazu Kadobayashi, Xiaohui Yu, Daniel Errandonea, Binbin Yue, and Fang Hong,  Phys. Rev. Lett. 133, 066001 (2024).

DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.066001

Dihalkogenidi prijelaznih metala (TMDC) pokazuju složenu supravodljivost pod ultra visokim tlakom, što bi moglo značiti da osjetljivi strukturni fazni prijelazi možda postoje pod tim uvjetima. Međutim, strukture ovih supravodljivih (SC) faza još uvijek su nepoznate zbog nepostojanja izravnih strukturnih studija pri niskim temperaturama i ultravisokom tlaku. Ovaj nedostatak strukturnih analiza za SC stanja također postavlja dugotrajno pitanje: je li supravodljivost uzrokovana halkogenima koji se razlažu iz TMDC-a pod ultravisokim tlakom i niskom temperaturom? Osobito to vrijedi za supravodljivo stanje TMDC-a s temperaturom prijelaza T_c bliskom odgovarajućim halkogenima.

Kako bi odgovorili na ova pitanja, uz mjerenja i analizu električnog transporta, provedena je izazovna in situ sinkrotronska difrakcija X-zraka na niskoj temperaturi u 1T-HfS₂ do 160 GPa. U ovom radu demonstrirana su višestruka SC stanja u HfS₂ pod ultra visokim tlakom (do ~158 GPa), uključujući zanimljivo SC-I stanje s T_c oko 16.4K i gornjim kritičnim poljem koje premašuje Paulijevu granicu slabog vezanja (μ₀H_c2(0) ≈ 29.7T za T_c = 15.2K). I T_c i μ₀H_c2(0) su za sada najviši mogući izmjereni za skupnu TMDC-a te se razlikuju od prethodnih izvješća.

Slika 1. Predloženi fazni dijagram HfS₂ (a) i sažeti T_c (b) i μ₀H_c2(0) (c) za različite skupine TMDC-ova te sumpor. T_c za S_mag i S_RT dobivaju se iz krivulje magnetske osjetljivosti i R-T krivulje.

In situ rezultati XRD-a pod visokim tlakom otkrivaju da postoji više strukturnih faznih prijelaza na sobnoj temperaturi i dodatni strukturni prijelaz od I4/mmm do R-3m na niskoj temperaturi. Koegzistencija faza I4/mmm i R-3m u blizini T_c-a je razlog za pojavu višestrukih SC stanja. Još važnije, dobiveni XRD podaci izravno isključuju postojanje sumpora. Najposebniji SC-I s velikim μ₀H_c2(0) može potjecati iz R-3m strukture, koja se može smatrati β-Po tipom S dopiranim Hf atomima. Ovo sugerira da 4f elektroni Hf atoma potencijalno doprinose nekonvencionalnoj supravodljivosti, što rezultira velikim μ₀H_c2(0). Ovi rezultati pokazuju osjetljivo ponašanje strukture u takvim vrstama TMDC pod pritiskom, što je odgovorno za njihovu složenu supravodljivost. Koliko je poznato, ovaj je rad prva in situ strukturna studija ovisna o temperaturi pod ultravisokim tlakom i uspostavlja blisku korelaciju između niskotemperaturnih struktura i SC stanja u TMDC-ovima. Osim toga, iznimno veliko gornje kritično polje i nekonvencionalne značajke supravodljivosti u HfS₂ proširit će naše razumijevanje supravodljivosti u TMDC-ovima.