Свръхпроводимостта е физическо явление, при което електрическото съпротивление на даден материал пада до нула при определена критична температура.Теорията на Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) е ефективно обяснение, което описва свръхпроводимостта в повечето материали.Той посочва, че електронните двойки на Купър се образуват в кристалната решетка при достатъчно ниска температура и че BCS свръхпроводимостта идва от тяхната кондензация.Въпреки че самият графен е отличен електрически проводник, той не проявява BCS свръхпроводимост поради потискането на електрон-фононното взаимодействие.Ето защо повечето „добри“ проводници (като злато и мед) са „лоши“ свръхпроводници.
Изследователи от Центъра за теоретична физика на сложни системи (PCS) към Института за фундаментални науки (IBS, Южна Корея) съобщиха за нов алтернативен механизъм за постигане на свръхпроводимост в графена.Те постигнаха това постижение, като предложиха хибридна система, съставена от графен и двуизмерен кондензат на Бозе-Айнщайн (BEC).Изследването е публикувано в списанието 2D Materials.
Хибридна система, състояща се от електронен газ (горен слой) в графен, отделен от двумерния кондензат на Бозе-Айнщайн, представен от индиректни екситони (сини и червени слоеве).Електроните и екситоните в графена са свързани чрез силата на Кулон.
( а ) Температурната зависимост на свръхпроводящата празнина в медиирания от боголон процес с температурна корекция (пунктирана линия) и без температурна корекция (плътна линия).(b) Критичната температура на свръхпроводящ преход като функция на плътността на кондензата за медиирани от боголон взаимодействия с (червена пунктирана линия) и без (черна плътна линия) температурна корекция.Синята пунктирана линия показва BKT преходната температура като функция от плътността на кондензата.
В допълнение към свръхпроводимостта, BEC е друго явление, което се среща при ниски температури.Това е петото състояние на материята, предсказано за първи път от Айнщайн през 1924 г. Образуването на BEC възниква, когато нискоенергийни атоми се съберат заедно и влязат в едно и също енергийно състояние, което е поле на обширни изследвания във физиката на кондензираната материя.Хибридната система Бозе-Ферми по същество представлява взаимодействието на слой от електрони със слой от бозони, като индиректни екситони, екситон-поларони и т.н.Взаимодействието между частиците Бозе и Ферми доведе до разнообразие от нови и завладяващи явления, които събудиха интереса и на двете страни.Основен и ориентиран към приложението изглед.
В тази работа изследователите съобщават за нов свръхпроводящ механизъм в графена, който се дължи на взаимодействието между електрони и „боголони“, а не на фононите в типична BCS система.Боголоните или квазичастиците на Боголюбов са възбуждания в BEC, които имат определени характеристики на частици.В рамките на определени диапазони на параметри този механизъм позволява свръхпроводимата критична температура в графена да достигне до 70 Келвина.Изследователите също така са разработили нова микроскопична BCS теория, която се фокусира специално върху системи, базирани на нов хибриден графен.Предложеният от тях модел също така прогнозира, че свръхпроводящите свойства могат да се увеличат с температурата, което води до немонотонна температурна зависимост на свръхпроводящата междина.
В допълнение, проучванията показват, че дисперсията на Dirac на графена се запазва в тази медиирана от боголон схема.Това показва, че този свръхпроводящ механизъм включва електрони с релативистична дисперсия и това явление не е добре проучено във физиката на кондензираната материя.
Тази работа разкрива друг начин за постигане на високотемпературна свръхпроводимост.В същото време, чрез контролиране на свойствата на кондензата, можем да регулираме свръхпроводимостта на графена.Това показва друг начин за управление на свръхпроводящи устройства в бъдеще.
Време на публикуване: 16 юли 2021 г 
