Superconductivitatea este un fenomen fizic în care rezistența electrică a unui material scade la zero la o anumită temperatură critică. Teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) este o explicație eficientă, care descrie superconductivitatea în majoritatea materialelor. Acesta subliniază că perechile de electroni Cooper sunt formate în rețeaua de cristal la o temperatură suficient de scăzută și că superconductivitatea BCS provine din condensarea lor. Deși grafenul în sine este un conductor electric excelent, nu prezintă superconductivitate BCS datorită suprimării interacțiunii electron-phonon. Acesta este motivul pentru care majoritatea conductorilor „buni” (cum ar fi aurul și cuprul) sunt superconductori „răi”.
Cercetătorii de la Centrul pentru Fizica Teoretică a sistemelor complexe (PCS) de la Institutul de Știință de bază (IBS, Coreea de Sud) au raportat un nou mecanism alternativ pentru a obține superconductivitate în grafen. Aceștia au obținut acest lucru propunând un sistem hibrid compus din grafen și condensat bidimensional Bose-Einstein (BEC). Cercetarea a fost publicată în revista 2D Materials.
Un sistem hibrid format din gaz de electroni (strat superior) în grafen, separat de condensatul bidimensional Bose-Einstein, reprezentat de excitoni indirecti (straturi albastre și roșii). Electronii și excitonii din grafen sunt cuplate de forța Coulomb.
(a) Dependența de temperatură a decalajului superconductor în procesul mediat de Bogolon cu corectarea temperaturii (linie punctată) și fără corectarea temperaturii (linie solidă). (b) Temperatura critică a tranziției superconductoare în funcție de densitatea condensului pentru interacțiunile mediate de Bogolon cu (linie punctată roșie) și fără corecția temperaturii (linia solidă neagră). Linia punctată albastru arată temperatura de tranziție BKT în funcție de densitatea condensului.
Pe lângă superconductivitate, BEC este un alt fenomen care apare la temperaturi scăzute. Este cea de-a cincea stare de materie prevăzută pentru prima dată de Einstein în 1924. Formarea BEC apare atunci când atomii cu energie redusă se adună și intră în aceeași stare energetică, care este un domeniu de cercetare amplă în fizica materiei condensate. Sistemul hibrid Bose-Fermi reprezintă, în esență, interacțiunea unui strat de electroni cu un strat de bosoni, cum ar fi excitonii indirecti, exciton-polaroni și așa mai departe. Interacțiunea dintre particulele Bose și Fermi a dus la o varietate de fenomene noi și fascinante, care au stârnit interesul ambelor părți. Vizualizare de bază și orientată spre aplicații.
În această lucrare, cercetătorii au raportat un nou mecanism de superconductor în grafen, care se datorează interacțiunii dintre electroni și „bogoloni”, mai degrabă decât fononilor într -un sistem tipic BCS. Bogolons sau cvasiparticule Bogoliubov sunt excitații în BEC, care au anumite caracteristici ale particulelor. În anumite intervale de parametri, acest mecanism permite temperaturii critice de supraconducție din grafen să ajungă la 70 Kelvin. Cercetătorii au dezvoltat, de asemenea, o nouă teorie BCS microscopică care se concentrează în mod specific pe sisteme bazate pe noile grafen hibrid. Modelul pe care și-l propuneau prezice, de asemenea, că proprietățile de superconductor pot crește odată cu temperatura, ceea ce duce la o dependență de temperatură non-monotonică a decalajului superconductor.
În plus, studiile au arătat că dispersia Dirac a grafenului este păstrată în această schemă mediată de Bogolon. Acest lucru indică faptul că acest mecanism de superconductor implică electroni cu dispersie relativistă, iar acest fenomen nu a fost bine explorat în fizica materiei condensate.
Această lucrare dezvăluie un alt mod de a obține superconductivitate la temperaturi ridicate. În același timp, controlând proprietățile condensului, putem regla superconductivitatea grafenului. Acest lucru arată un alt mod de a controla dispozitivele de supraconducție în viitor.
Timpul post: 16-2021 iulie 
