BaBi$_3$ 超导体的压力诱导多相变

本文报道了在高达 2.13 GPa 静水压下对单晶超导 BaBi$_3$ 的温度依赖电阻与磁化测量。我们确定了温度-压力相图，结果表明在所研究的压力范围内存在三种不同的超导相 ${\alpha}$、$\beta$ 和 $\gamma$。我们进一步表明，这三种超导相的出现直观地与较高温度下的相变相关联，这些相变本质上可能是一级的。将 $\alpha$ 相与 $\beta$ 和 $\gamma$ 相分开的 $T_p$，对应于压力从 0.27 GPa 增加到 0.33 GPa 时的电阻突变。在 0.33 GPa 以上，观察到温度依赖电阻曲线中的“S 形”反常 $T_\text S$，并将其与 $\beta$ 和 $\gamma$ 相之间的转变联系起来。进一步将压力增加到 1.05 GPa 以上会抑制该转变，BaBi$_3$ 在整个研究温度范围内保持 $\gamma$ 相。这些高温反常可能与结构自由度有关。由于 ${\alpha}$ 相为常压四方结构 ($P4/mmm$)，我们的第一性原理计算表明 $\beta$ 相为立方结构 ($Pm-3m$)，而 $\gamma$ 相为畸变四方结构，其中 Bi 原子偏离面心位置。最后，对超导上限临界场随压力演化的分析进一步证实了超导态中的这些转变，并表明在 $\gamma$ 相中 1.54 GPa 附近可能存在能带结构变化或 Lifshitz 转变。鉴于 Ba 和 Bi 的原子序数均较大，我们的结果确立了 BaBi$_3$ 作为在强自旋轨道耦合下研究结构与超导性相互作用的良好候选材料。