Superprevodnost je fizikalni pojav, pri katerem električni upor materiala pri določeni kritični temperaturi pade na nič. Bardeen-Cooper-Schriefferjeva (BCS) teorija 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 izvira iz njihove kondenzacije. Čeprav je grafen sam po sebi odličen električni prevodnik, ne kaže BCS superprevodnosti zaradi zaviranja interakcije elektronov in fononov. 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 so dosegli 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 indirektni eksitoni (modra in rdeča plast). Elektroni in eksitoni v grafenu so povezani s Coulombovo silo.
(a) Temperaturna odvisnost superprevodne reže v procesu, ki ga posreduje bogolon, s temperaturno korekcijo (črtkana črta) in brez temperaturne korekcije (polna črta). (b) Kritična temperatura superprevodnega prehoda kot funkcija gostote kondenzata za interakcije, ki jih posreduje bogolon, s temperaturno korekcijo (rdeča črtkana črta) in brez nje (črna polna črta). Modra pikčasta črta prikazuje temperaturo prehoda BKT kot funkcijo gostote kondenzata.
Poleg superprevodnosti je BEC še en pojav, ki se pojavlja pri nizkih temperaturah. Je peto agregatno stanje, ki ga je Einstein prvi napovedal leta 1924. Nastanek BEC se pojavi, ko se nizkoenergijski atomi zberejo in vstopijo v isto energijsko stanje, kar je področje obsežnih raziskav v fiziki kondenzirane snovi. Hibridni Bose-Fermijev sistem v bistvu predstavlja interakcijo plasti elektronov s plastjo bozonov, kot so indirektni eksitoni, eksitoni-polaroni itd. Interakcija med Bosejevimi in Fermijevimi delci je privedla do različnih novih in fascinantnih pojavov, ki so vzbudili zanimanje obeh strani. Osnovni in aplikativno usmerjen pogled.
V tem delu so raziskovalci poročali o novem mehanizmu superprevodnosti v grafenu, ki je posledica interakcije med elektroni in "bogoloni" in ne fononi v tipičnem sistemu BCS. Bogoloni ali Bogoliubovi kvazidelci so vzbujanja v BEC, ki imajo določene značilnosti delcev. Znotraj določenih parametrov ta mehanizem omogoča, da kritična temperatura superprevodnosti v grafenu doseže kar 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, napoveduje tudi, da se lahko superprevodne lastnosti povečajo s temperaturo, kar povzroči nemonotonsko temperaturno odvisnost superprevodne reže.
Poleg tega so študije pokazale, da se Diracova disperzija grafena v tej bogolonsko posredovani shemi ohranja. To kaže, da ta superprevodni mehanizem vključuje elektrone z relativistično disperzijo in da ta pojav v fiziki kondenzirane snovi še ni bil dobro raziskan.
To delo razkriva še en način za doseganje visokotemperaturne superprevodnosti. Hkrati lahko z nadzorovanjem lastnosti kondenzata prilagodimo superprevodnost grafena. To kaže še en način za nadzor superprevodnih naprav v prihodnosti.
Čas objave: 16. julij 2021 
