Supraledning 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 supraledningsförmågan i de flesta material.Den påpekar att Cooper-elektronpar bildas i kristallgittret vid en tillräckligt låg temperatur och att BCS-supraledningsförmågan kommer från deras kondensation.Även om grafen i sig är en utmärkt elektrisk ledare, uppvisar den inte BCS-supraledning på grund av undertryckandet av elektron-fononinteraktion.Det är därför de flesta "bra" ledare (som guld och koppar) är "dåliga" supraledare.
Forskare vid Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) vid Institute of Basic Science (IBS, Sydkorea) rapporterade om en ny alternativ mekanism för att uppnå supraledning i grafen.De uppnådde denna bedrift genom att föreslå ett hybridsystem bestående av grafen och tvådimensionellt Bose-Einstein-kondensat (BEC).Forskningen publicerades i tidskriften 2D Materials.
Ett hybridsystem bestående av elektrongas (översta lagret) i grafen, separerat från det tvådimensionella Bose-Einstein-kondensatet, representerat av indirekta excitoner (blå och röda lager).Elektronerna och excitonerna i grafen är kopplade av Coulomb-kraft.
(a) Temperaturberoendet för det supraledande gapet i den bogolonmedierade processen med temperaturkorrigering (streckad linje) och utan temperaturkorrigering (heldragen linje).(b) Den kritiska temperaturen för supraledande övergång som en funktion av kondensatets densitet för bogolonförmedlade interaktioner med (röd streckad linje) och utan (svart heldragen linje) temperaturkorrigering.Den blå streckade linjen visar BKT-övergångstemperaturen som en funktion av kondensatets densitet.
Förutom supraledning är BEC ett annat fenomen som uppstår vid låga temperaturer.Det är det femte tillståndet av materia som först förutspåddes av Einstein 1924. Bildandet av BEC sker när lågenergiatomer samlas och går in i samma energitillstånd, vilket är ett område för omfattande forskning inom den kondenserade materiens fysik.Hybrid Bose-Fermi-systemet representerar i huvudsak interaktionen mellan ett lager av elektroner och ett lager av bosoner, såsom indirekta excitoner, exciton-polaroner och så vidare.Interaktionen mellan Bose- och Fermi-partiklarna ledde till en mängd nya och fascinerande fenomen, som väckte båda parters intresse.Grundläggande och applikationsorienterad vy.
I detta arbete rapporterade forskarna en ny supraledande mekanism i grafen, som beror på interaktionen mellan elektroner och "bogoloner" snarare än fononerna i ett typiskt BCS-system.Bogoloner eller Bogoliubov kvasipartiklar är excitationer i BEC, som har vissa egenskaper hos partiklar.Inom vissa parameterområden tillåter denna mekanism den supraledande kritiska temperaturen i grafen att nå så högt som 70 Kelvin.Forskare har också utvecklat en ny mikroskopisk BCS-teori som specifikt fokuserar på system baserade på ny hybridgrafen.Modellen de föreslog förutspår också att de supraledande egenskaperna kan öka med temperaturen, vilket resulterar i ett icke-monotont temperaturberoende av det supraledande gapet.
Dessutom har studier visat att Dirac-spridningen av grafen är bevarad i detta bogolonmedierade schema.Detta indikerar att denna supraledande mekanism involverar elektroner med relativistisk spridning, och detta fenomen har inte undersökts väl i den kondenserade materiens fysik.
Detta arbete avslöjar ett annat sätt att uppnå supraledning vid hög temperatur.Samtidigt kan vi, genom att kontrollera kondensatets egenskaper, justera supraledningsförmågan hos grafen.Detta visar ett annat sätt att styra supraledande enheter i framtiden.
Posttid: 16 juli 2021 
