Сверхпроводимость — это физическое явление, при котором электрическое сопротивление материала падает до нуля при определенной критической температуре.Теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) является эффективным объяснением, описывающим сверхпроводимость большинства материалов.Это указывает на то, что куперовские электронные пары образуются в кристаллической решетке при достаточно низкой температуре, а сверхпроводимость БКШ обусловлена их конденсацией.Хотя графен сам по себе является отличным проводником электричества, он не проявляет сверхпроводимости БКШ из-за подавления электрон-фононного взаимодействия.Вот почему большинство «хороших» проводников (таких как золото и медь) являются «плохими» сверхпроводниками.
Исследователи Центра теоретической физики сложных систем (PCS) Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) сообщили о новом альтернативном механизме достижения сверхпроводимости в графене.Они добились этого, предложив гибридную систему, состоящую из графена и двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна (БЭК).Исследование опубликовано в журнале 2D Materials.
Гибридная система, состоящая из электронного газа (верхний слой) в графене, отделенного от двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна, представленного непрямыми экситонами (синий и красный слои).Электроны и экситоны в графене связаны кулоновской силой.
(а) Температурная зависимость сверхпроводящей щели в боголон-опосредованном процессе с температурной коррекцией (штриховая линия) и без температурной коррекции (сплошная линия).(б) Критическая температура сверхпроводящего перехода в зависимости от плотности конденсата для боголон-опосредованных взаимодействий с (красная пунктирная линия) и без (черная сплошная линия) температурной поправкой.Синяя пунктирная линия показывает температуру перехода БКТ в зависимости от плотности конденсата.
Помимо сверхпроводимости, БЭК — еще одно явление, возникающее при низких температурах.Это пятое состояние вещества, впервые предсказанное Эйнштейном в 1924 году. Формирование БЭК происходит, когда низкоэнергетические атомы собираются вместе и входят в одно и то же энергетическое состояние, что является областью обширных исследований в физике конденсированного состояния.Гибридная бозе-фермиевская система по существу представляет собой взаимодействие слоя электронов со слоем бозонов, таких как непрямые экситоны, экситон-поляроны и т.д.Взаимодействие между бозе- и ферми-частицами привело к целому ряду новых и увлекательных явлений, вызвавших интерес обеих сторон.Базовый и прикладной вид.
В этой работе исследователи сообщили о новом сверхпроводящем механизме в графене, который обусловлен взаимодействием между электронами и «боголонами», а не фононами в типичной системе БКШ.Боголоны или боголюбовские квазичастицы — это возбуждения в БЭК, обладающие определенными характеристиками частиц.В определенных диапазонах параметров этот механизм позволяет критической температуре сверхпроводимости в графене достигать 70 кельвинов.Исследователи также разработали новую микроскопическую теорию БКШ, в которой особое внимание уделяется системам на основе нового гибридного графена.Предложенная ими модель также предсказывает, что сверхпроводящие свойства могут увеличиваться с температурой, что приводит к немонотонной температурной зависимости сверхпроводящей щели.
Кроме того, исследования показали, что в этой боголон-опосредованной схеме сохраняется дираковская дисперсия графена.Это указывает на то, что в этом сверхпроводящем механизме участвуют электроны с релятивистской дисперсией, и это явление недостаточно изучено в физике конденсированного состояния.
Эта работа раскрывает еще один способ достижения высокотемпературной сверхпроводимости.В то же время, управляя свойствами конденсата, мы можем регулировать сверхпроводимость графена.Это показывает еще один способ управления сверхпроводящими устройствами в будущем.
Время публикации: 16 июля 2021 г. 
