近日，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心低功耗量子材料研究团队与南京大学及安徽大学等研究团队合作，利用稳态强磁场实验装置（SHMFF）高压物性测量系统，结合变温拉曼光谱实验与理论计算，在天然块体异质结6R-TaS2中发现压力下非单调演化的超导电性及其与电荷密度波 (charge density wave，CDW) 之间不寻常的相互作用。研究结果以“Pressure Induced Nonmonotonic Evolution of Superconductivity in 6R-TaS2 with a Natural Bulk Van der Waals Heterostructure”为题发表在物理学期刊 Physical Review Letters 上。
随着二维材料领域技术飞速发展，科学界已经能够精准地分离和操控不同性质的二维单层，进而将他们组装成新型量子材料—范德瓦尔斯异质结构（vdWHs）。组装成的vdWHs不仅集成了各个组成材料的功能属性，还可以通过邻近效应衍生出奇异的物理性质和物理现象，极大地丰富了我们对物质世界的认知。
作为一种天然块体vdWHs，过渡金属硫属化合物6R-TaS2由交替堆叠的1T-和1H-TaS2单层组成，1T和1H单层分别具有电荷密度波（CDW）和超导电性，这相当于一个堆叠的超导体-绝缘体-超导体（S-I-S）约瑟夫森结。
研究团队通过对6R-TaS2连续施加压力，在电输运测量实验中发现其超导转变温度（Tc）表现出非单调的演化：Tc先增加，随后保持不变，然后下降，最后在更高压力下反弹。
进一步的详细研究揭示了这种非单调演化背后的物理机制：压力对约瑟夫森耦合产生了精细的调控作用，具体体现在6R-TaS2中1T层导电性和电子态的连续演变：1T层首先从具有稳定CDW序的绝缘态转变为金属态，随后转变为具有CDW临界涨落行为的金属态，最后变为超导态（图1）。该成果不仅揭示了vdWHs材料在高压下的新奇物理性质，也为理解复杂量子材料中的超导电性提供了新的视角，对量子材料设计和应用具有重要意义。
强磁场科学中心博士生王少鹏为论文第一作者，强磁场科学中心杨昭荣研究员、周永惠副研究员（青促会会员）及南京大学周健教授为共同通讯作者。强磁场科学中心韩玉岩副研究员、博士后王舒阳，安徽大学安超副教授等为论文合作者。该项研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.056001
图1. 压力调控6R-TaS2中约瑟夫森耦合的示意图