Nadprzewodnictwo to zjawisko fizyczne, w którym opór elektryczny materiału spada do zera w określonej temperaturze krytycznej.Teoria Bardeena-Coopera-Schrieffera (BCS) jest skutecznym wyjaśnieniem, które opisuje nadprzewodnictwo w większości materiałów.Wskazuje, że pary elektronów Coopera powstają w sieci krystalicznej w wystarczająco niskiej temperaturze, a nadprzewodnictwo BCS pochodzi z ich kondensacji.Chociaż sam grafen jest doskonałym przewodnikiem elektrycznym, nie wykazuje nadprzewodnictwa BCS ze względu na tłumienie interakcji elektron-fonon.Dlatego większość „dobrych” przewodników (takich jak złoto i miedź) to „złe” nadprzewodniki.
Naukowcy z Centrum Fizyki Teoretycznej Układów Złożonych (PCS) w Instytucie Nauk Podstawowych (IBS, Korea Południowa) zgłosili nowy alternatywny mechanizm uzyskiwania nadprzewodnictwa w grafenie.Osiągnęli to, proponując system hybrydowy składający się z grafenu i dwuwymiarowego kondensatu Bosego-Einsteina (BEC).Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie 2D Materials.
Układ hybrydowy składający się z gazu elektronowego (warstwa wierzchnia) w grafenie, oddzielony od dwuwymiarowego kondensatu Bosego-Einsteina, reprezentowanego przez ekscytony pośrednie (warstwa niebieska i czerwona).Elektrony i ekscytony w grafenie są sprzężone siłą Coulomba.
( a ) Zależność temperaturowa szczeliny nadprzewodzącej w procesie, w którym pośredniczy bogolon z korektą temperatury (linia przerywana) i bez korekty temperatury (linia ciągła).( b ) Krytyczna temperatura przejścia nadprzewodzącego w funkcji gęstości kondensatu dla oddziaływań, w których pośredniczy bogolon z (czerwona linia przerywana) i bez (czarna linia ciągła) korekcji temperatury.Niebieska przerywana linia pokazuje temperaturę przejścia BKT w funkcji gęstości kondensatu.
Oprócz nadprzewodnictwa, BEC jest kolejnym zjawiskiem występującym w niskich temperaturach.Jest to piąty stan materii, który po raz pierwszy przewidział Einstein w 1924 roku. Powstanie BEC następuje, gdy atomy o niskiej energii zbierają się razem i wchodzą w ten sam stan energetyczny, który jest przedmiotem szeroko zakrojonych badań w fizyce materii skondensowanej.Hybrydowy system Bosego-Fermiego zasadniczo reprezentuje oddziaływanie warstwy elektronów z warstwą bozonów, takich jak ekscytony pośrednie, polarony ekscytonów i tak dalej.Interakcja między cząstkami Bosego i Fermiego doprowadziła do wielu nowych i fascynujących zjawisk, które wzbudziły zainteresowanie obu stron.Widok podstawowy i zorientowany na aplikację.
W tej pracy naukowcy zgłosili nowy mechanizm nadprzewodnictwa w grafenie, który wynika z interakcji między elektronami i „bogolonami”, a nie fononami w typowym systemie BCS.Bogolony lub kwazicząstki Bogoliubowa to wzbudzenia w BEC, które mają pewne cechy cząstek.W pewnych zakresach parametrów mechanizm ten pozwala krytycznej temperaturze nadprzewodnictwa w grafenie osiągnąć nawet 70 kelwinów.Naukowcy opracowali również nową mikroskopową teorię BCS, która koncentruje się w szczególności na systemach opartych na nowym grafenie hybrydowym.Zaproponowany przez nich model przewiduje również, że właściwości nadprzewodzące mogą wzrastać wraz z temperaturą, powodując niemonotoniczną zależność szczeliny nadprzewodzącej od temperatury.
Ponadto badania wykazały, że dyspersja Diraca grafenu jest zachowana w tym schemacie, w którym pośredniczy bogolon.Wskazuje to, że ten nadprzewodzący mechanizm obejmuje elektrony o relatywistycznej dyspersji, a zjawisko to nie zostało dobrze zbadane w fizyce materii skondensowanej.
Ta praca ujawnia inny sposób osiągnięcia nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego.Jednocześnie, kontrolując właściwości kondensatu, możemy regulować nadprzewodnictwo grafenu.Pokazuje to inny sposób sterowania urządzeniami nadprzewodzącymi w przyszłości.
Czas postu: 16-07-2021 
