Свръхпроводимостта е физическо явление, при което електрическото съпротивление на 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 двойките на Cooper Electron се образуват в кристалната решетка при достатъчно ниска температура и че свръхпроводимостта на BCS идва от тяхната кондензация. Въпреки че самият графен е отличен електрически проводник, той не проявява свръхпроводимост на BCS поради потискане на взаимодействието на електронно-фонон. Ето защо повечето „добри“ проводници (като злато и мед) са „лоши“ свръхпроводници.
Изследователи от Центъра за теоретична физика на сложните системи (PCS) в Института за основни науки (IBS, Южна Корея) съобщават за нов алтернативен механизъм за постигане на свръхпроводимост в графен. Те постигнаха този подвиг, като предложиха хибридна система, съставена от графен и двуизмерен кондензат Bose-Einstein (BEC). Изследването е публикувано в списанието 2D материали.
Хибридна система, състояща се от електронен газ (горен слой) в графен, отделена от двуизмерния кондензат Bose-Einstein, представен от индиректни екситони (сини и червени слоеве). Електроните и екситоните в графен са свързани с кулонова сила.
а) Температурната зависимост на свръхпроводящата пропаст в процеса, медииран от Боголон с корекция на температурата (пунктирана линия) и без корекция на температурата (плътна линия). (б) Критичната температура на препроводящия преход като функция на плътността на кондензат за взаимодействия, медиирани от Боголон с (червена пунктирана линия) и без (черна твърда линия) корекция на температурата. Синята пунктирана линия показва температурата на прехода на BKT като функция на плътността на кондензат.
В допълнение към свръхпроводимостта, BEC е друго явление, което се случва при ниски температури. Това е петото състояние на материята, първо предвидено от Айнщайн през 1924 г. Формирането на БЕК се случва, когато атомите с ниско енергийно се събират заедно и влизат в същото енергийно състояние, което е поле на обширни изследвания на физиката на кондензираната материя. Хибридната система Bose-Fermi по същество представлява взаимодействието на слой от електрони със слой от бозони, като косвени екситони, екситон-поляни и т.н. Взаимодействието между частици Bose и Fermi доведе до различни нови и завладяващи явления, което предизвика интереса на двете страни. Основен и ориентиран към приложението изглед.
В тази работа изследователите съобщават за нов свръхпроводящ механизъм в графен, който се дължи на взаимодействието между електрони и „боголони“, а не на фононите в типичната BCS система. Боголоните или квазипартикулите Боголиубов са възбуждания в BEC, които имат определени характеристики на частиците. В рамките на определени диапазони, този механизъм позволява на свръхпроводящата критична температура в графен да достигне до 70 Kelvin. Изследователите също са разработили нова микроскопична теория на BCS, която конкретно се фокусира върху системите, базирани на нов хибриден графен. Предложеният от тях модел също прогнозира, че свръхпроводящите свойства могат да се повишат с температурата, което води до немонотонна температурна зависимост на свръхпроводящата пропаст.
В допълнение, проучванията показват, че дисперсията на Dirac на графен е запазена в тази схема, медиирана от Боголон. 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, като контролираме свойствата на кондензата, можем да коригираме свръхпроводимостта на графен. Това показва друг начин за контрол на свръхпроводящи устройства в бъдеще.
Време за публикация: юли-16-2021 
