[論文レビュー] Metal-Insulator-Metal Transitions, Superconductivity and Magnetism in Graphite

Y. Kopelevich, P. Esquinazi+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2002

Graphite, nuclear technology, radiation studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、高配向熱解ホローグラファイト（HOPG）およびキッシュグラファイトにおける磁場誘発金属-絶縁体-金属遷移、超伝導性、磁性の研究を行っている。磁気輸送および磁化測定を用いて、室温まで超伝導ドメインが局在化している証拠を提示し、超伝導性と強磁性相関の間の相互作用を明らかにした。また、炭素-硫黄複合材料における超伝導性の存在も示唆している。

ABSTRACT

This article reviews recent results of magnetotransport and magnetization measurements performed on highly oriented pyrolitic graphite (HOPG) and single crystalline Kish graphite samples. Both metal-insulator and insulator-metal transitions driven by magnetic field applied perpendicular to the basal planes of graphite were found and discussed in the light of relevant theories. The results provide evidence for the existence of localized superconducting domains in HOPG even at room temperature, as well as an interplay between superconducting and ferromagnetic correlations. We also present experimental evidence for the superconductivity occurrence in graphite-sulfur composites.

研究の動機と目的

• 高配向熱解ホローグラファイト（HOPG）および単結晶キッシュグラファイトにおける磁場駆動金属-絶縁体-金属遷移を調査すること。
• 高磁場下における炭素内での超伝導相関と強磁性相関の共存および相互作用を調査すること。
• 実験的測定を通じて、炭素-硫黄複合材料における超伝導性の出現を検討すること。
• 室温における炭素内での局在的超伝導ドメインの実験的証拠を提供すること。
• 磁場が炭素の基底面に垂直に印加される際の電子的相転移を誘発する役割を分析すること。

提案手法

• 磁場を炭素の基底面に垂直に印加した状態で、HOPGおよびキッシュグラファイト試料における磁気輸送測定を実施する。
• 磁性秩序および超伝導転移を調べるために磁化測定を実施する。
• 抵抗および磁化率の場磁場依存性を分析し、金属-絶縁体および絶縁体-金属遷移を特定する。
• 高分解能の輸送および磁気データを用いて、超伝導フラクチュエーションおよび局在的超伝導ドメインの兆候を検出する。
• 純粋な炭素と炭素-硫黄複合材料の結果を比較し、超伝導的挙動を評価する。
• 強い電子相関および超伝導性の理論的枠組みを用いて、実験的観察を解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁場を高配向熱解ホローグラファイトの基底面に垂直に印加した場合、金属-絶縁体-金属遷移を誘発できるか？
• RQ2 HOPGに室温で局在的超伝導ドメインが存在するという証拠は何か？
• RQ3 高磁場下における炭素内での超伝導相関と強磁性相関の相互作用はどのように進行するか？
• RQ4 炭素-硫黄複合材料の形成は、観察可能な超伝導転移を引き起こすか？
• RQ5 磁場下におけるキッシュグラファイトで観察された電子的相転移の性質は何か？

主な発見

• 磁場を炭素の基底面に垂直に印加した場合、HOPGおよびキッシュグラファイトで磁場誘発金属-絶縁体-金属遷移が観察された。
• 抵抗の抑制および磁気的応答から、室温まで超伝導ドメインが局在化しているという証拠が得られた。
• 超伝導相関と強磁性相関の間の相互作用が観察され、炭素内にこれらの競合する秩序が共存している可能性が示唆された。
• 炭素-硫黄複合材料において、実験的に超伝導性が検出された。これは、化学ドーピングまたは界面効果によって超伝導的挙動が誘発され得ることを示している。
• 磁気輸送および磁化データから、金属的・絶縁的・超伝導的状態の間を磁場でチューニングする複雑な電子的相図が明らかになった。
• これらの結果は、低次元炭素系における強い電子相関および局在的超伝導性の理論と整合的である。