Supravodljivost je fizikalni fenomen u kojem električni otpor materijala pada na nulu pri određenoj kritičnoj temperaturi. Bardeen-Cooper-Schriefferova (BCS) teorija je učinkovito objašnjenje koje opisuje supravodljivost u većini materijala. Ističe da se Cooperovi elektronski parovi formiraju u kristalnoj rešetki na dovoljno niskoj temperaturi i da BCS supravodljivost dolazi od njihove kondenzacije. Iako je sam grafen izvrstan električni vodič, on ne pokazuje BCS supravodljivost zbog supresije interakcije elektron-fonon. Zbog toga je većina "dobrih" vodiča (poput zlata i bakra) "loši" supravodiči.
Istraživači Centra za teorijsku fiziku složenih sustava (PCS) pri Institutu za temeljne znanosti (IBS, Južna Koreja) izvijestili su o novom alternativnom mehanizmu za postizanje supravodljivosti u grafenu. To su postigli predlažući hibridni sustav sastavljen od grafena i dvodimenzionalnog Bose-Einsteinovog kondenzata (BEC). Istraživanje je objavljeno u časopisu 2D Materials.
Hibridni sustav koji se sastoji od elektronskog plina (gornji sloj) u grafenu, odvojenog od dvodimenzionalnog Bose-Einsteinovog kondenzata, predstavljenog indirektnim ekscitonima (plavi i crveni slojevi). Elektroni i ekscitoni u grafenu su povezani Coulombovom silom.
(a) Temperaturna ovisnost supravodljivog procjepa u bogolonom posredovanom procesu s korekcijom temperature (isprekidana linija) i bez korekcije temperature (puna linija). (b) Kritična temperatura supravodljivog prijelaza kao funkcija gustoće kondenzata za bogolonom posredovane interakcije s (crvena isprekidana linija) i bez (crna puna linija) korekcije temperature. Plava isprekidana linija prikazuje temperaturu BKT prijelaza kao funkciju gustoće kondenzata.
Uz supravodljivost, BEC je još jedan fenomen koji se javlja na niskim temperaturama. To je peto agregatno stanje materije koje je Einstein prvi predvidio 1924. godine. Nastanak BEC-a događa se kada se atomi niske energije okupe i uđu u isto energetsko stanje, što je područje opsežnog istraživanja u fizici kondenzirane materije. Hibridni Bose-Fermijev sustav u biti predstavlja interakciju sloja elektrona sa slojem bozona, poput indirektnih eksitona, eksitona-polarona i tako dalje. Interakcija između Boseovih i Fermijevih čestica dovela je do raznih novih i fascinantnih fenomena, koji su pobudili interes obje strane. Osnovni i primjenjivi pogled.
U ovom radu, istraživači su izvijestili o novom mehanizmu supravodljivosti u grafenu, koji je posljedica interakcije između elektrona i "bogolona", a ne fonona u tipičnom BCS sustavu. Bogoloni ili Bogoliubovljeve kvazičestice su pobuđenja u BEC-u, koja imaju određene karakteristike čestica. Unutar određenih raspona parametara, ovaj mehanizam omogućuje da kritična temperatura supravodljivosti u grafenu dosegne i do 70 Kelvina. Istraživači su također razvili novu mikroskopsku BCS teoriju koja se posebno fokusira na sustave temeljene na novom hibridnom grafenu. Model koji su predložili također predviđa da se supravodljiva svojstva mogu povećavati s temperaturom, što rezultira nemonotonom temperaturnom ovisnošću supravodljivog jaza.
Osim toga, studije su pokazale da je Diracova disperzija grafena očuvana u ovoj bogolonom posredovanoj shemi. To ukazuje na to da ovaj supravodljivi mehanizam uključuje elektrone s relativističkom disperzijom, a taj fenomen nije dobro istražen u fizici kondenzirane materije.
Ovaj rad otkriva još jedan način postizanja visokotemperaturne supravodljivosti. Istovremeno, kontroliranjem svojstava kondenzata možemo prilagoditi supravodljivost grafena. To pokazuje još jedan način kontrole supravodljivih uređaja u budućnosti.
Vrijeme objave: 16. srpnja 2021. 
