Superprevodnost je fizikalni pojav, pri katerem električni upor materiala pri določeni kritični temperaturi pade na nič.Teorija Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) je učinkovita razlaga, ki opisuje superprevodnost v večini materialov.Poudarja, da se Cooperjevi elektronski pari tvorijo v kristalni mreži pri dovolj nizki temperaturi in da BCS superprevodnost izhaja iz njihove kondenzacije.Čeprav je sam grafen odličen električni prevodnik, ne kaže BCS superprevodnosti zaradi zatiranja elektron-fononske interakcije.Zato je večina »dobrih« prevodnikov (kot sta zlato in baker) »slabih« superprevodnikov.
Raziskovalci Centra za teoretično fiziko kompleksnih sistemov (PCS) na Inštitutu za temeljne znanosti (IBS, Južna Koreja) so poročali o novem alternativnem mehanizmu za doseganje superprevodnosti v grafenu.To jim je uspelo s predlogom hibridnega sistema, sestavljenega iz grafena in dvodimenzionalnega Bose-Einsteinovega kondenzata (BEC).Raziskava je bila objavljena v reviji 2D Materials.
Hibridni sistem, sestavljen iz elektronskega plina (zgornja plast) v grafenu, ločenega od dvodimenzionalnega Bose-Einsteinovega kondenzata, ki ga predstavljajo posredni ekscitoni (modra in rdeča plast).Elektroni in ekscitoni v grafenu so povezani s Coulombovo silo.
(a) Temperaturna odvisnost superprevodne vrzeli v procesu, ki ga posreduje bogolon, s korekcijo temperature (črtkana črta) in brez korekcije temperature (polna črta).(b) Kritična temperatura superprevodnega prehoda kot funkcija gostote kondenzata za interakcije, ki jih posreduje bogolon, z (rdeča črtkana črta) in brez (črna polna črta) temperaturne korekcije.Modra pikčasta črta prikazuje temperaturo prehoda BKT kot funkcijo gostote kondenzata.
Poleg superprevodnosti je BEC še en pojav, ki se pojavi pri nizkih temperaturah.To je peto agregatno stanje, ki ga je prvi napovedal Einstein leta 1924. Do nastanka BEC pride, ko se nizkoenergijski atomi zberejo in preidejo v isto energijsko stanje, kar je področje obsežnih raziskav v fiziki kondenzirane snovi.Hibridni sistem Bose-Fermi v bistvu predstavlja interakcijo plasti elektronov s plastjo bozonov, kot so posredni ekscitoni, eksciton-polaroni itd.Interakcija med Bosejevimi in Fermijevimi delci je privedla do različnih novih in fascinantnih pojavov, ki so vzbudili zanimanje obeh strani.Osnovni in aplikacijsko usmerjen pogled.
V tem delu so raziskovalci poročali o novem superprevodnem mehanizmu v grafenu, ki je posledica interakcije med elektroni in "bogoloni" in ne fononi v tipičnem sistemu BCS.Bogoloni ali Bogoliubov kvazidelci so vzbujanja v BEC, ki imajo določene lastnosti delcev.Znotraj določenih razponov parametrov ta mehanizem omogoča, da superprevodna kritična temperatura v grafenu doseže celo 70 Kelvinov.Raziskovalci so razvili tudi novo mikroskopsko teorijo BCS, ki se posebej osredotoča na sisteme, ki temeljijo na novem hibridnem grafenu.Model, ki so ga predlagali, tudi napoveduje, da se lahko superprevodne lastnosti povečajo s temperaturo, kar ima za posledico nemonotono temperaturno odvisnost superprevodne vrzeli.
Poleg tega so študije pokazale, da je Diracova disperzija grafena ohranjena v tej shemi, ki jo posreduje bogolon.To kaže, da ta superprevodni mehanizem vključuje elektrone z relativistično disperzijo, ta pojav pa v fiziki kondenzirane snovi ni bil dobro raziskan.
To delo razkriva še en način za doseganje visokotemperaturne superprevodnosti.Hkrati lahko z nadzorom lastnosti kondenzata uravnavamo superprevodnost grafena.To kaže še en način za nadzor superprevodnih naprav v prihodnosti.
Čas objave: 16. julij 2021 
