Superconductivity är ett fysiskt fenomen där det elektriska motståndet hos ett material sjunker till noll vid en viss kritisk temperatur. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) -teorin är en effektiv förklaring, som beskriver superledningsförmågan i de flesta material. Den påpekar att Cooper Electron -par bildas i kristallgitteret vid en tillräckligt låg temperatur, och att BCS -superledningsförmågan kommer från deras kondens. Även om grafen i sig är en utmärkt elektrisk ledare, uppvisar den inte BCS-superledningsförmåga på grund av undertrycket av elektron-fonon-interaktion. Det är därför de flesta "bra" ledare (som guld och koppar) är "dåliga" superledare.
Forskare vid Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) vid Institute of Basic Science (IBS, Sydkorea) rapporterade en ny alternativ mekanism för att uppnå superledningsförmåga i grafen. De uppnådde denna prestation genom att föreslå ett hybridsystem som består av grafen och tvådimensionell Bose-Einstein-kondensat (BEC). Forskningen publicerades i Journal 2D Materials.
Ett hybridsystem bestående av elektrongas (toppskikt) i grafen, separerad från det tvådimensionella Bose-Einstein-kondensatet, representerat av indirekta excitoner (blå och röda skikt). Elektronerna och excitonerna i grafen kopplas av Coulomb -kraft.
(a) Temperaturberoendet för det superledande gapet i den bogolonmedierade processen med temperaturkorrigering (streckad linje) och utan temperaturkorrigering (fast linje). (B) Den kritiska temperaturen för superledande övergång som en funktion av kondensatdensitet för bogolonmedierade interaktioner med (röd streckad linje) och utan (svart solid linje) temperaturkorrigering. Den blå prickade linjen visar BKT -övergångstemperaturen som en funktion av kondensatdensitet.
Förutom superledningsförmåga är BEC ett annat fenomen som inträffar vid låga temperaturer. Det är det femte tillståndet av materia som först förutses av Einstein 1924. Bildningen av BEC inträffar när lågenergi-atomer samlas och går in i samma energitillstånd, som är ett område för omfattande forskning inom kondenserad materiefysik. Hybrid Bose-Fermi-systemet representerar i huvudsak interaktionen mellan ett lager elektroner med ett lager av bosoner, såsom indirekta excitoner, exciton-polaroner och så vidare. Interaktionen mellan Bose och Fermi -partiklar ledde till en mängd nya och fascinerande fenomen, vilket väckte båda parternas intresse. Grundläggande och applikationsorienterad vy.
I detta arbete rapporterade forskarna en ny superledande mekanism i grafen, vilket beror på samspelet mellan elektroner och "bogoloner" snarare än fononerna i ett typiskt BCS -system. Bogoloner eller Bogoliubov -kvasipartiklar är exciteringar i BEC, som har vissa egenskaper hos partiklar. Inom vissa parameterområden tillåter denna mekanism att den superledande kritiska temperaturen i grafen når så högt som 70 Kelvin. Forskare har också utvecklat en ny mikroskopisk BCS -teori som specifikt fokuserar på system baserade på ny hybridgrafen. Modellen som de föreslog förutsäger också att de superledande egenskaperna kan öka med temperaturen, vilket resulterar i ett icke-monotoniskt temperaturberoende av det superledande gapet.
Dessutom har studier visat att DIRAC-spridningen av grafen bevaras i detta bogolonmedierat schema. Detta indikerar att denna superledande mekanism involverar elektroner med relativistisk spridning, och detta fenomen har inte undersökts väl i kondenserad materiefysik.
Detta arbete avslöjar ett annat sätt att uppnå hög temperatur superledningsförmåga. Samtidigt, genom att kontrollera egenskaperna hos kondensatet, kan vi justera grafens superledningsförmåga. Detta visar ett annat sätt att styra superledande enheter i framtiden.
Posttid: JUL-16-2021 
