PRL－王楠林小组－CuxTiSe2体系红外光学性质研究

近日，中科院物理研究所极端条件物理重点实验室王楠林研究员领导的小组在CuxTiSe2体系红外光学性质研究中取得新的进展。他们发现Cu0.07TiSe2超导体在正常态具有奇异的金属行为，其等离子体频率随温度的降低出现显著的蓝移。
 
CuxTiSe2是2006年美国普林斯顿大学化学系Cava研究组新发现的超导体系，它是在具有电荷密度波相变的的母体材料1T-TiSe2通过插层Cu1＋离子所形成。由于这是首次在1T型结构的层状二硫族过渡金属化合物通过离子插层实现超导电性，且其电子相图与铜氧化物高温超导体的电子态相图形状很类似，该体系受到国际同行的广泛关注。王楠林研究组与Cava小组及普林斯顿大学物理系从事角分辩光电子能谱(ARPES)研究的Hasan小组三方密切合作对该体系的母体和Cu插层(掺杂)得到的超导体的电子结构和电荷动力学进行了深入研究，取得系列成果。他们发现母体材料1T- TiSe2发生的电荷密度波相变不是通常的金属－绝缘体相变，而是由半金属（semimetal）到另外一个半金属状态的相变。该相变不是源自于费米面叠套，而是由于特殊的电子－空穴相互作用所驱动（Phys. Rev. Lett. 99, 027404 (2007)）。Cu插层到母体结构中，提供额外的电子，升高体系的化学势，导致布里渊区L点处的电子型能带填充增加，体系由半金属态向L点附近电子型能带支配的金属性转化（Phys. Rev. Lett. 98, 117007 (2007)）。利用光反射谱技术王楠林研究组李岗等人进一步详细测量了Cu0.07TiSe2超导体单晶样品正常态的光学性质，发现体系等离子体频率随温度的降低向高能方向显著增大（蓝移）。对于金属样品这是一个十分罕见的现象。他们的研究揭示出该现象是由于费米能附近电子的有效质量随温度降低而减小所导致的。这种减小源自于两个方面：首先布里渊区L点附近电子与声子存在很强的相互作用（在母体中L点处的声子会完全软化），而沿色散能带离开L点后电声子相互作用减弱；其次该体系费米温度很低，化学势随温度由300K降低到0K附近约有5％－10%的上升，导致费米能位置逐渐远离L点。这样费米能附近的电子随温度的降低所经受的电声子相互作用会显著减弱，相互作用对电子有效质量重整化修正变小。这项新的研究工作对认识该体系复杂的电子态和电声子相互作用具有意义，已发表在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 99, 167002 (2007)）。
 
上述研究得到中国科学院、国家自然科学基金和科技部项目的支持。