3月29日，《物理评论X》（Physical Review X）在线刊发了华中科技大学物理学院强磁场物理研究所朱增伟教授的题为《石墨在90T：强耦合激子配对的证据》(Graphite in 90T: Evidence for Strong-Coupling Excitonic Pairing)的论文。这是基于脉冲强磁场实验装置电输运实验平台的最新研究进展，也是我校与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室以及法国脉冲强磁场实验室的合作成果。我校为论文第一单位，朱增伟教授为论文第一作者和通讯作者，国家脉冲强磁场科学中心高端外国专家Kamran Behnia教授、研究生聂盼参与了论文相关工作。

将二维电子气体置于强磁场中，电子之间的相互作用会导致分数量子霍尔效应，其中电阻呈现量子化值。虽然二维电子气中分数量子霍尔效应已众所周知，但在凝聚态物理研究中，人们对相同条件下三维电子气体在超强磁场下的性质却知之甚少。石墨（Graphite）作为半金属材料，在研究高场下三维电子气的物理性质中扮演着重要角色，自1981年以来，物理学家们通过各种实验发现了不同磁场可以诱导石墨表现出不同的电子“相”，如已发现的“A相”、“B相”，这些都表明石墨中具有丰富的电子行为。

石墨在强磁场下的相图

该研究中，朱增伟教授团队通过研究强磁场下半金属石墨中的电子行为，发现了一个新的“相”——“C相”。他们将石墨样品置于高达90.5T的脉冲强磁场（磁场平行样品c方向）下，对面内（电流垂直磁场平面）和面间（电流平行磁场平面）两个方向的电阻行为进行了监测：当磁场强度达到75T时，这两个方向电阻率的比值急剧下降，出现了一个不同于已知的“A相”、“B相”的新相变——“C相”，之后通过面内磁电阻下降进一步确定了这个新相的存在，75T则被定义为“C相”的起始点。同时，转角磁电阻、霍尔效应等测量表明，“B相”在54T和75T之间产生的原因是由于自旋相反的电子-空穴配对的凝聚态—— “激子绝缘体”，这一现象在电子相互作用的系统中很少被发现。

近年来，朱增伟教授利用国家脉冲强磁场科学中心的平台优势和实验条件，积极开展脉冲强磁场条件下的物理研究，在半金属输运行为研究方面取得了系列重要成果，包括《物理评论快报》（Physical Review Letters）（2017；2015）、《自然·通讯》（Nature Communications）（2017）。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、“111”引智计划及我校高端外专项目等支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.011058