Свръхпроводимостта е физическо явление, при което електрическото съпротивление на даден материал пада до нула при определена критична температура. Теорията на Бардийн-Купър-Шрифър (BCS) е ефективно обяснение, което описва свръхпроводимостта в повечето материали. Тя посочва, че куперовите електронни двойки се образуват в кристалната решетка при достатъчно ниска температура и че BCS свръхпроводимостта произтича 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 златото и медта) 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 графен. Те постигнаха това, като предложиха хибридна система, съставена от графен и двуизмерен кондензат Бозе-Айнщайн (BEC). Изследването беше публикувано в списанието 2D Materials.
Хибридна система, състояща се от електронен газ (горен слой) в графен, отделен от двуизмерния кондензат на Бозе-Айнщайн, представен от индиректни екситони (син и червен слой). Електроните и екситоните в графена са свързани чрез кулонова сила.
(а) Температурна зависимост на свръхпроводящата междина в процеса, медииран от боголон, с температурна корекция (пунктирана линия) и без температурна корекция (плътна линия). (б) Критичната температура на свръхпроводящ преход като функция на плътността на кондензата за взаимодействия, медиирани от боголон, с (червена пунктирана линия) и без (черна плътна линия) температурна корекция. Синята пунктирана линия показва температурата на BKT прехода като функция на плътността на кондензата.
В допълнение към свръхпроводимостта, БЕК 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 БЕК се случва, когато нискоенергийните атоми се събират и навлизат в едно и също енергийно състояние, което е област на обширни изследвания във физиката на кондензираната материя. Хибридната система Бозе-Ферми по същество представлява взаимодействието на слой електрони със слой бозони, като индиректни екситони, екситон-полярони и т.н. Взаимодействието между частиците Бозе и Ферми доведе до редица нови и завладяващи явления, които предизвикаха интереса и на двете страни. Основен и приложно ориентиран поглед.
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 частиците. В рамките на определени диапазони от параметри, този механизъм позволява критичната температура на свръхпроводящото действие 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 предвижда, че свръхпроводящите свойства могат да се увеличават с температурата, което води до немонотонна температурна зависимост на свръхпроводящата междина.
Освен това, проучвания показват, че Дираковата дисперсия на графена се запазва 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, 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. 
