Supravodljivost je fizikalni fenomen u kojem električni otpor materijala pada na nulu na određenoj kritičnoj temperaturi.Bardeen-Cooper-Schriefferova (BCS) teorija učinkovito je objašnjenje koje opisuje supravodljivost u većini materijala.Ističe da se Cooperovi elektronski parovi formiraju u kristalnoj rešetki pri dovoljno niskoj temperaturi, te da BCS supravodljivost dolazi od njihove kondenzacije.Iako je sam grafen izvrstan električni vodič, on ne pokazuje BCS supravodljivost zbog potiskivanja elektron-fonon interakcije.To je razlog zašto su većina "dobrih" vodiča (kao što su zlato i bakar) "loši" supravodiči.
Istraživači u Centru za teorijsku fiziku složenih sustava (PCS) pri Institutu za temeljnu znanost (IBS, Južna Koreja) objavili su novi alternativni mehanizam 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 neizravnim ekscitonima (plavi i crveni sloj).Elektroni i ekscitoni u grafenu povezani su Coulombovom silom.
(a) Temperaturna ovisnost supravodljivog jaza u procesu posredovanom bogolonom s korekcijom temperature (isprekidana linija) i bez korekcije temperature (puna linija).(b) Kritična temperatura supravodljivog prijelaza kao funkcija gustoće kondenzata za interakcije posredovane bogolonom s (crvena isprekidana linija) i bez (crna puna linija) korekcije temperature.Plava točkasta linija prikazuje BKT prijelaznu temperaturu kao funkciju gustoće kondenzata.
Uz supravodljivost, BEC je još jedan fenomen koji se javlja na niskim temperaturama.To je peto stanje materije koje je prvi predvidio Einstein 1924. godine. Formiranje BEC-a događa se kada se atomi niske energije okupe i uđu u isto energetsko stanje, što je polje opsežnog istraživanja u fizici kondenzirane tvari.Hibridni Bose-Fermijev sustav u biti predstavlja interakciju sloja elektrona sa slojem bozona, kao što su neizravni ekscitoni, eksciton-polaroni i tako dalje.Interakcija između Boseovih i Fermijevih čestica dovela je do niza novih i fascinantnih fenomena, koji su pobudili interes obje strane.Osnovni i aplikacijski orijentirani pogled.
U ovom su radu istraživači izvijestili o novom supravodljivom mehanizmu u grafenu, koji je posljedica interakcije između elektrona i "bogolona", a ne fonona u tipičnom BCS sustavu.Bogoloni ili Bogoliubov kvazičestice su pobude u BEC-u, koje imaju određene karakteristike čestica.Unutar određenih raspona parametara, ovaj mehanizam dopušta da kritična temperatura supravodljivosti u grafenu dosegne čak 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 svojstva supravodljivosti mogu povećati s temperaturom, što rezultira nemonotonom temperaturnom ovisnošću supravodljivog jaza.
Osim toga, studije su pokazale da je Diracova disperzija grafena sačuvana u ovoj shemi posredovanoj bogolonom.To ukazuje da ovaj supravodljivi mehanizam uključuje elektrone s relativističkom disperzijom, a ovaj fenomen nije dobro istražen u fizici kondenzirane tvari.
Ovaj rad otkriva još jedan način postizanja visokotemperaturne supravodljivosti.Istodobno, kontroliranjem svojstava kondenzata, možemo prilagoditi supravodljivost grafena.Ovo pokazuje još jedan način kontrole supravodljivih uređaja u budućnosti.
Vrijeme objave: 16. srpnja 2021 
