Надпровідність — це фізичне явище, при якому електричний опір матеріалу падає до нуля при певній критичній температурі.Теорія Бардіна-Купера-Шріффера (BCS) є ефективним поясненням, яке описує надпровідність у більшості матеріалів.Це вказує на те, що куперівські електронні пари утворюються в кристалічній решітці при досить низькій температурі, і що надпровідність БКШ виникає внаслідок їх конденсації.Хоча сам графен є чудовим електропровідником, він не демонструє БКШ-надпровідності через придушення електрон-фононної взаємодії.Ось чому більшість «хороших» провідників (таких як золото та мідь) є «поганими» надпровідниками.
Дослідники з Центру теоретичної фізики складних систем (PCS) при Інституті фундаментальних наук (IBS, Південна Корея) повідомили про новий альтернативний механізм досягнення надпровідності в графені.Вони досягли цього, запропонувавши гібридну систему, що складається з графену та двовимірного конденсату Бозе-Ейнштейна (BEC).Дослідження опубліковано в журналі 2D Materials.
Гібридна система, що складається з електронного газу (верхній шар) у графені, відокремленого від двовимірного конденсату Бозе-Ейнштейна, представленого непрямими екситонами (синій і червоний шари).Електрони та екситони в графені пов’язані силою Кулона.
(а) Температурна залежність надпровідної щілини в боголон-опосередкованому процесі з температурною корекцією (пунктирна лінія) і без температурної корекції (суцільна лінія).(b) Критична температура надпровідного переходу як функція щільності конденсату для опосередкованих боголонами взаємодій з (червона пунктирна лінія) і без (чорна суцільна лінія) температурної корекції.Синя пунктирна лінія показує температуру переходу BKT як функцію щільності конденсату.
Окрім надпровідності, BEC є ще одним явищем, яке виникає при низьких температурах.Це п’ятий стан матерії, який вперше передбачив Ейнштейн у 1924 році. Утворення BEC відбувається, коли атоми з низькою енергією збираються разом і переходять у той самий енергетичний стан, що є областю обширних досліджень у фізиці конденсованого середовища.Гібридна система Бозе-Фермі по суті являє собою взаємодію шару електронів із шаром бозонів, таких як непрямі екситони, екситон-полярони тощо.Взаємодія між частинками Бозе та Фермі призвела до різноманітних нових та захоплюючих явищ, які викликали інтерес обох сторін.Базовий і прикладний вигляд.
У цій роботі дослідники повідомили про новий механізм надпровідності в графені, який зумовлений взаємодією між електронами та «боголонами», а не фононами в типовій системі BCS.Боголони або квазічастинки Боголюбова — це збудження в БЕК, які мають певні характеристики частинок.У певних діапазонах параметрів цей механізм дозволяє критичній температурі надпровідності в графені досягати 70 Кельвінів.Дослідники також розробили нову мікроскопічну теорію BCS, яка спеціально фокусується на системах, заснованих на новому гібридному графені.Запропонована ними модель також передбачає, що надпровідні властивості можуть зростати з температурою, що призводить до немонотонної температурної залежності надпровідного проміжку.
Крім того, дослідження показали, що дисперсія Дірака графену зберігається в цій опосередкованій боголоном схемі.Це вказує на те, що цей надпровідний механізм включає електрони з релятивістською дисперсією, і це явище недостатньо вивчено у фізиці конденсованого середовища.
Ця робота розкриває ще один спосіб досягнення високотемпературної надпровідності.У той же час, керуючи властивостями конденсату, ми можемо регулювати надпровідність графену.Це показує інший спосіб керування надпровідними пристроями в майбутньому.
Час публікації: 16 липня 2021 р 
