Superprovodljivost je fizički fenomen u kojem električni otpor materijala pada na nulu na određenoj kritičnoj temperaturi. Bardeen-Cooper-Schriefferova (BCS) teorija je efikasno objašnjenje koje opisuje superprovodljivost u većini materijala. Ona ističe da se Cooperovi elektronski parovi formiraju u kristalnoj rešetki na dovoljno niskoj temperaturi i da BCS superprovodljivost dolazi od njihove kondenzacije. Iako je sam grafen odličan električni provodnik, on ne pokazuje BCS superprovodljivost zbog supresije interakcije elektron-fonon. Zbog toga je većina "dobrih" provodnika (kao što su zlato i bakar) "loši" superprovodnici.
Istraživači Centra za teorijsku fiziku kompleksnih sistema (PCS) pri Institutu za osnovne nauke (IBS, Južna Koreja) izvijestili su o novom alternativnom mehanizmu za postizanje superprovodljivosti u grafenu. Ovaj podvig su postigli predlažući hibridni sistem sastavljen od grafena i dvodimenzionalnog Bose-Einsteinovog kondenzata (BEC). Istraživanje je objavljeno u časopisu 2D Materials.
Hibridni sistem koji se sastoji od elektronskog gasa (gornji sloj) u grafenu, odvojenog od dvodimenzionalnog Bose-Einsteinovog kondenzata, predstavljenog indirektnim ekscitonima (plavi i crveni slojevi). Elektroni i ekscitoni u grafenu su povezani Kulombovom silom.
(a) Temperaturna zavisnost supravodljivog procjepa u procesu posredovanom bogolonom sa korekcijom temperature (isprekidana linija) i bez korekcije temperature (puna linija). (b) Kritična temperatura supravodljivog prijelaza kao funkcija gustoće kondenzata za interakcije posredovane bogolonom sa (crvena isprekidana linija) i bez (crna puna linija) korekcije temperature. Plava isprekidana linija prikazuje temperaturu BKT prijelaza kao funkciju gustoće kondenzata.
Pored superprovodljivosti, BEC je još jedan fenomen koji se javlja na niskim temperaturama. To je peto agregatno stanje materije koje je Einstein prvi predvidio 1924. godine. Formiranje BEC-a se dešava kada se atomi niske energije okupe i uđu u isto energetsko stanje, što je područje opsežnog istraživanja u fizici kondenzovane materije. Hibridni Bose-Fermi sistem u suštini predstavlja interakciju sloja elektrona sa slojem bozona, kao što su indirektni ekscitoni, eksciton-polaroni i tako dalje. Interakcija između Bose i Fermijevih čestica dovela je do raznih novih i fascinantnih fenomena, koji su izazvali interes obje strane. Osnovni i primijenjeno orijentisani pogled.
U ovom radu, istraživači su izvijestili o novom mehanizmu supravodljivosti u grafenu, koji je posljedica interakcije između elektrona i "bogolona", a ne fonona u tipičnom BCS sistemu. Bogoloni ili Bogoliubovljeve kvazičestice su pobuđenja u BEC-u, koja imaju određene karakteristike čestica. Unutar određenih raspona parametara, ovaj mehanizam omogućava da kritična temperatura supravodljivosti u grafenu dostigne i do 70 Kelvina. Istraživači su također razvili novu mikroskopsku BCS teoriju koja se posebno fokusira na sisteme zasnovane na novom hibridnom grafenu. Model koji su predložili također predviđa da se supravodljiva svojstva mogu povećavati s temperaturom, što rezultira nemonotonom temperaturnom zavisnošću supravodljivog jaza.
Osim toga, studije su pokazale da je Diracova disperzija grafena očuvana u ovoj bogolon-posredovanoj shemi. To ukazuje na to da ovaj superprovodni mehanizam uključuje elektrone s relativističkom disperzijom, a ovaj fenomen nije dobro istražen u fizici kondenzovane materije.
Ovaj rad otkriva još jedan način za postizanje visokotemperaturne supravodljivosti. Istovremeno, kontrolisanjem svojstava kondenzata možemo podesiti supravodljivost grafena. Ovo pokazuje još jedan način za kontrolu supravodljivih uređaja u budućnosti.
Vrijeme objave: 16. jula 2021. 
