[论文解读] 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 6

一句话总结

本文研究了高度取向热解石墨（HOPG）和基什石墨中磁场诱导的金属-绝缘体-金属转变、超导性和磁性。通过磁电输运和磁化率测量，提供了HOPG中室温下局域超导畴存在的证据，并揭示了超导性与铁磁关联之间的相互作用，以及石墨-硫复合材料中的超导性。

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.

研究动机与目标

• 研究磁场驱动的高取向热解石墨（HOPG）和单晶基什石墨中的金属-绝缘体-金属转变。
• 探讨高磁场下石墨中超导关联与铁磁关联的共存与相互作用。
• 通过实验测量研究石墨-硫复合材料中超导性的出现。
• 为石墨中室温下局域超导畴的存在提供实验证据。
• 分析垂直于石墨基面的磁场取向在诱导电子相变中的作用。

提出的方法

• 在磁场垂直于基面方向下，对HOPG和基什石墨样品进行磁电输运测量。
• 进行磁化率测量以探测磁有序和超导转变。
• 分析电阻和磁化率随磁场的变化，识别金属-绝缘体和绝缘体-金属转变。
• 利用高分辨率输运和磁性数据检测超导涨落和局域超导畴的特征信号。
• 比较原始石墨与石墨-硫复合材料的结果，评估其超导行为。
• 应用强关联电子和超导性的理论框架，解释实验观测结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当磁场垂直于基面施加时，能否在高取向热解石墨中诱导出金属-绝缘体-金属转变？
• RQ2 哪些证据支持HOPG中室温下存在局域超导域？
• RQ3 在高磁场下，石墨中超导关联与铁磁关联如何相互作用？
• RQ4 石墨-硫复合材料的形成是否会导致可观测的超导转变？
• RQ5 在磁场作用下，基什石墨中观测到的电子相变具有何种性质？

主要发现

• 当磁场垂直于基面施加时，在HOPG和基什石墨中观察到了磁场诱导的金属-绝缘体-金属转变。
• 实验结果支持HOPG中存在室温下局域超导域，表现为电阻抑制和磁响应特征。
• 观察到超导关联与铁磁关联之间的相互作用，表明这些竞争序在石墨中可共存。
• 在石墨-硫复合材料中实验检测到超导性，表明化学掺杂或界面效应可诱导超导行为。
• 磁电输运和磁化率数据揭示了复杂的电子相图，其中金属态、绝缘态和超导态在磁场调控下发生转变。
• 结果与强关联电子理论及低维碳体系中局域超导性的理论一致。