1. Metal-insulator transition and superconductivity in boron-doped diamond
- Author
-
CorrElec MagSup ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée (DRFMC) ; CEA - CEA - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS) ; CEA - Université Joseph Fourier - Grenoble I - CEA - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (SPMS-LATEQS) ; Commissariat à l'Energie Atomique - Commissariat à l'Energie Atomique, Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG), Slovakian Academy of sciences - Institut of Experimental Physics (SAS) ; Slovakian Academy of sciences, Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée (DRFMC) ; CEA, CARAC ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Laboratoire d'Etudes des Propriétés Electroniques des Solides (LEPES) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Laboratoire d'Etudes des Propriétés Electroniques des Solides (LEPES) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Institut Universitaire de France (IUF) ; Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique - Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, Department of Physics, Chemistry and Biology, Linkoping University ; Linkoping University - Department of Physics, Chemistry and Biology, Department of Materials Science and Engineering, KTH (KTH) ; Department of Materials Science and Engineering, KTH, Instituto de Fisica, Universidade Federal da Bahia (IF-UFB) ; Instituto de Fisica - Universidade Federal da Bahia, Solid State Institute ; Solid State Institute, Technion, Klein, Thierry, Achatz, Philipp, Kacmarcik, Josef, Marcenat, Christophe, Gustafsson, Frederik, Marcus, Jacques, Bustarret, Etienne, Pernot, Julien, Omnès, Franck, Sernelius, Bo E., Persson, C., Ferreira Sa Silva, A., Cytermann, C., CorrElec MagSup ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée (DRFMC) ; CEA - CEA - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (LATEQS) ; CEA - Université Joseph Fourier - Grenoble I - CEA - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité (SPMS-LATEQS) ; Commissariat à l'Energie Atomique - Commissariat à l'Energie Atomique, Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG), Slovakian Academy of sciences - Institut of Experimental Physics (SAS) ; Slovakian Academy of sciences, Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée (DRFMC) ; CEA, CARAC ; Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Laboratoire d'Etudes des Propriétés Electroniques des Solides (LEPES) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, SC2G ; Laboratoire d'Etudes des Propriétés Electroniques des Solides (LEPES) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Joseph Fourier - Grenoble I - Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - CNRS - Institut Universitaire de France (IUF) ; Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique - Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique - Institut Néel (NEEL) ; CNRS - Université Grenoble Alpes - Université Grenoble Alpes, Department of Physics, Chemistry and Biology, Linkoping University ; Linkoping University - Department of Physics, Chemistry and Biology, Department of Materials Science and Engineering, KTH (KTH) ; Department of Materials Science and Engineering, KTH, Instituto de Fisica, Universidade Federal da Bahia (IF-UFB) ; Instituto de Fisica - Universidade Federal da Bahia, Solid State Institute ; Solid State Institute, Technion, Klein, Thierry, Achatz, Philipp, Kacmarcik, Josef, Marcenat, Christophe, Gustafsson, Frederik, Marcus, Jacques, Bustarret, Etienne, Pernot, Julien, Omnès, Franck, Sernelius, Bo E., Persson, C., Ferreira Sa Silva, A., and Cytermann, C.
- Abstract
International audience, We report on a detailed analysis of the transport properties and superconducting critical temperatures of boron-doped diamond films grown along the $\{100\}$ direction. The system presents a metal-insulator transition (MIT) for a boron concentration ($n_B$) on the order of $n_c \sim 4.5 \times 10^{20}$ cm$^{-3}$ in excellent agreement with numerical calculations. The temperature dependence of the conductivity and Hall effect can be well described by variable range hopping for $n_B n_c$) present a superconducting transition at low temperature. The zero temperature conductivity $\sigma_0$ deduced from fits to the data above the critical temperature ($T_c$) using a classical quantum interference formula scales as : $\sigma_0 \propto (n_B/n_c-1)^\nu$ with $\nu \sim 1$. Large $T_c$ values ($\geq 0.4$ K) have been obtained for boron concentration down to $n_B/n_c \sim 1.1$ and $T_c$ surprisingly mimics a $(n_B/n_c-1)^{1/2}$ law. Those high $T_c$ values can be explained by a slow decrease of the electron-phonon coupling parameter $\lambda$ and a corresponding drop of the Coulomb pseudo-potential $\mu^*$ as $n_B \rightarrow n_c$.