Надпровідність - це фізичне явище, при якому електричний опір матеріалу падає до нуля при певній критичній температурі. Теорія Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)-це ефективне пояснення, яке описує надпровідність у більшості матеріалів. Він вказує на те, що в кристалічній решітці утворюються пари Купера при досить низькій температурі, і що надпровідність BCS надходить від їх конденсації. Хоча сам графен є чудовим електропровідником, він не виявляє надпровідності BCS через придушення взаємодії електронів-фонона. Ось чому більшість «хороших» провідників (таких як золото та мідь) - «погані» суперпровідники.
Дослідники Центру теоретичної фізики складних систем (ПК) в Інституті базової науки (IBS, Південна Корея) повідомили про новий альтернативний механізм досягнення надпровідності в графені. Вони досягли цього подвигу, запропонувавши гібридну систему, що складається з графену та двовимірного конденсату Бозе-Ейнштейна (BEC). Дослідження було опубліковано в журналі 2D Materials.
Гібридна система, що складається з електронного газу (верхній шар) у графені, відокремлена від двовимірного конденсату Бозе-Ейнштейна, представленого непрямими екситонами (сині та червоні шари). Електрони та екситони в графені поєднуються з кулонівською силою.
(a) Температурна залежність суперпровідного розриву в процесі, опосередкованому Боголоном, з корекцією температури (пунктирна лінія) та без корекції температури (суцільна лінія). (b) Критична температура надпровідного переходу як функція щільності конденсату для взаємодії, опосередкованихголоном, з (червоною пунктирною лінією) та без (чорної суцільної лінії) корекції температури. Синя пунктирна лінія показує температуру переходу BKT як функцію щільності конденсату.
Окрім надпровідності, BEC - це ще одне явище, яке виникає при низьких температурах. Це п’ятий стан матерії, вперше прогнозований Ейнштейном у 1924 році. Формування БЕК відбувається, коли атоми з низькою енергією збираються разом і входять в той же енергетичний стан, що є полем широких досліджень у фізиці конденсованої речовини. Гібридна система Bose-Fermi по суті являє собою взаємодію шару електронів з шаром бозонів, таких як непрямі екситони, екситон-полярони тощо. Взаємодія між частинками Бозе та Фермі призвела до різноманітних нових та захоплюючих явищ, що викликало інтерес обох сторін. Основний та орієнтований на додаток Перегляд.
У цій роботі дослідники повідомили про новий суперпровідний механізм графену, який пояснюється взаємодією між електронами та «гоголонами», а не фононами у типовому системі BCS. Боголони або квазічастинки Боголібова - це збудження в БЕК, які мають певні характеристики частинок. У межах певних діапазонів параметрів цей механізм дозволяє надпровідній критичній температурі в графені досягати до 70 кельвінів. Дослідники також розробили нову мікроскопічну теорію БКС, яка спеціально фокусується на системах, заснованих на новому гібридному графену. Модель, яку вони запропонували, також прогнозує, що надпровідні властивості можуть підвищуватися з температурою, що призводить до немонотонної температурної залежності від надпровідної розриву.
Крім того, дослідження показали, що дисперсія Дірака графена зберігається в цій схемі, опосередкованій Боголоном. Це вказує на те, що цей надпровідний механізм включає електрони з релятивістською дисперсією, і це явище не було добре досліджено у фізиці конденсованої речовини.
Ця робота виявляє інший спосіб досягнення високотемпературної надпровідності. У той же час, контролюючи властивості конденсату, ми можемо відрегулювати надпровідність графена. Це показує інший спосіб контролювати надпровідні пристрої в майбутньому.
Час посади: 16-2021 рр. 
