近日，南京大學(xué)物理學(xué)院李紹春教授課題組與溫錦生課題組、陳延彬課題組合作，利用堿金屬插層的方法在Weyl半金屬WTe2中實現(xiàn)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。該工作以“Superconductivity in Potassium-Intercalated Td-WTe2”為題于2018年9月18日在Nano Letters上在線發(fā)表（https:/doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03180）。南京大學(xué)物理學(xué)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?fù)洳牧现姓{(diào)節(jié)超導(dǎo)相變是近年來的凝聚態(tài)物理中的一個研究熱點，有望實現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體。作為第Ⅱ類Weyl半金屬的候選材料以及由于不飽和磁阻現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，WTe2引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。2015年，南京大學(xué)物理學(xué)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(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。隨后，南京大學(xué)物理學(xué)院的孫建等人通過DFT計算發(fā)現(xiàn)，這種高壓下的超導(dǎo)現(xiàn)象伴隨著的結(jié)構(gòu)相變。然而一直以來在常壓下都沒有觀察到WTe2的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。因此，是否在WTe2中存在拓?fù)渑c超導(dǎo)的共存仍然是一個有待回答的問題。考慮到高壓下的結(jié)構(gòu)相變會導(dǎo)致材料的拓?fù)湫再|(zhì)發(fā)生變化，尋找一種有效的調(diào)控方法來獲得WTe2常壓超導(dǎo)是非常必要的。

電荷摻雜是一種相對常用而且有效的超導(dǎo)調(diào)控方法。該課題組采用液氨法成功地在WTe2單晶的范德瓦爾斯間隙中插入堿金屬元素鉀原子，獲得了不同鉀原子濃度的插層KxWTe2，如圖（a）所示。XRD精修結(jié)果顯示，鉀原子插層并沒有明顯改變WTe2的晶體結(jié)構(gòu)，因此KxWTe2可能仍然保留了第二類Weyl 半金屬的拓?fù)淠軒再|(zhì)，而堿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(jié)果。隨著溫度下降，插層KxWTe2呈現(xiàn)出半金屬特性，與未摻雜的WTe2一致；當(dāng)溫度到達(dá)~2.6 K附近時，電阻出現(xiàn)迅速的下降，并在~1.2 K完全降為零，表現(xiàn)出超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。施加外磁場可以觀察到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變被抑制，如圖（b）插圖所示。KxWTe2的超導(dǎo)性質(zhì)表現(xiàn)出強烈的各向異性：沿平行于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(zhì)與已經(jīng)報道的一些超導(dǎo)體系相似，比如一些過渡金屬二硫化物和鐵基超導(dǎo)體。掃描隧道顯微譜測量證實了超導(dǎo)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(dǎo)能隙的存在。

可以預(yù)期，常壓下WTe2的超導(dǎo)轉(zhuǎn)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(dǎo)機制提供了材料基礎(chǔ)。由于WTe2本身屬于第二類Weyl半金屬，鉀插層的WTe2也為研究拓?fù)涑瑢?dǎo)提供了一種新的候選材料。

該工作得到了固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室、人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、科技部重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省雙創(chuàng)人才計劃和六大人才高峰等項目的資助。