Сверхпроводимость - это физическое явление, при котором электрическое сопротивление материала падает до нуля при определенной критической температуре. Теория Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) является эффективным объяснением, которое описывает сверхпроводимость в большинстве материалов. Он указывает, что пары Cooper Electron образуются в кристаллической решетке при достаточно низкой температуре, и что сверхпроводимость BCS исходит от их конденсации. Хотя сам графен является превосходным электрическим проводником, он не демонстрирует сверхпроводимости BCS из-за подавления электрон-фононного взаимодействия. Вот почему большинство «хороших» дирижеров (таких как золото и медь) являются «плохими» сверхпроводниками.
Исследователи из Центра теоретической физики сложных систем (ПК) в Институте базовой науки (ИБС, Южная Корея) сообщили о новом альтернативном механизме для достижения сверхпроводимости в графене. Они достигли этого подвига, предложив гибридную систему, состоящую из графена и двухмерного конденсата Bose-Einstein (BEC). Исследование было опубликовано в журнале 2D Materials.
Гибридная система, состоящая из электронного газа (верхний слой) в графене, отделена от двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна, представленного косвенными экситонами (синие и красные слои). Электроны и экситоны в графене связаны кулоновской силой.
(а) Температурная зависимость сверхпроводящего зазора в боголоне-опосредованном процессе с коррекцией температуры (пунктирная линия) и без коррекции температуры (сплошная линия). (B) Критическая температура сверхпроводящего перехода в зависимости от плотности конденсата для боголон-опосредованных взаимодействий с (красной пунктирной линией) и без (черная твердая линия) коррекция температуры. Синяя пунктирная линия показывает температуру перехода BKT как функцию плотности конденсата.
В дополнение к сверхпроводимости BEC является еще одним явлением, которое происходит при низких температурах. Это пятое состояние материи, впервые предсказанное Эйнштейном в 1924 году. Образование BEC происходит, когда атомы с низким энергопотреблением собираются вместе и входят в то же энергетическое состояние, которое представляет собой область обширных исследований в области физики конденсированного вещества. Гибридная система Bose-Fermi, по существу, представляет взаимодействие слоя электронов со слоем бозонов, таких как косвенные экситоны, экситон-полярные и так далее. Взаимодействие между частицами Боза и Ферми привело к множеству новых и увлекательных явлений, которые вызывали интерес обеих сторон. Основное и ориентированное на приложение представление.
В этой работе исследователи сообщили о новом сверхпроводящем механизме в графене, который связан с взаимодействием между электронами и «боголонами», а не с фононами в типичной системе BCS. Боголоны или боголибова квазичастицы являются возбуждениями в BEC, которые имеют определенные характеристики частиц. В пределах определенных диапазонов параметров этот механизм позволяет сверхпроводящей критической температуре в графене достигать 70 Кельвина. Исследователи также разработали новую микроскопическую теорию BCS, которая специально фокусируется на системах на основе нового гибридного графена. Модель, которую они предложили, также предсказывает, что сверхпроводящие свойства могут увеличиваться с температурой, что приводит к немонотонической температурной зависимости сверхпроводящего зазора.
Кроме того, исследования показали, что дисперсия графена DIRAC сохраняется в этой боголоне-опосредованной схеме. Это указывает на то, что этот сверхпроводящий механизм включает электроны с релятивистской дисперсией, и это явление не было хорошо изучено при физике конденсированных веществ.
Эта работа раскрывает другой способ достижения высокотемпературной сверхпроводимости. В то же время, контролируя свойства конденсата, мы можем настроить сверхпроводимость графена. Это показывает еще один способ управления сверхпроводящими устройствами в будущем.
Время сообщения: июль-16-2021 
