Suprajohtavuus on fysikaalinen ilmiö, jossa materiaalin sähkövastus putoaa nollaan tietyssä kriittisessä lämpötilassa.Bardeen-Cooper-Schriefferin (BCS) teoria on tehokas selitys, joka kuvaa suprajohtavuutta useimmissa materiaaleissa.Se huomauttaa, että Cooper-elektroniparit muodostuvat kidehilassa riittävän alhaisessa lämpötilassa ja että BCS-suprajohtavuus tulee niiden kondensaatiosta.Vaikka grafeeni itsessään on erinomainen sähköjohdin, sillä ei ole BCS-suprajohtavuutta elektroni-fononivuorovaikutuksen vaimentamisen vuoksi.Tästä syystä useimmat "hyvät" johtimet (kuten kulta ja kupari) ovat "huonoja" suprajohtimia.
Tutkijat Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) Institute of Basic Sciencessa (IBS, Etelä-Korea) raportoivat uudesta vaihtoehtoisesta mekanismista suprajohtavuuden saavuttamiseksi grafeenissa.He saavuttivat tämän saavutuksen ehdottamalla hybridijärjestelmää, joka koostuu grafeenista ja kaksiulotteisesta Bose-Einstein-kondensaatista (BEC).Tutkimus julkaistiin 2D Materials -lehdessä.
Hybridijärjestelmä, joka koostuu grafeenissa olevasta elektronikaasusta (yläkerros), joka on erotettu kaksiulotteisesta Bose-Einstein-kondensaatista ja jota edustavat epäsuorat eksitonit (siniset ja punaiset kerrokset).Grafeenin elektronit ja eksitonit kytkeytyvät Coulombin voiman avulla.
(a) Suprajohtavan raon lämpötilariippuvuus bogolon-välitteisessä prosessissa lämpötilakorjauksella (katkoviiva) ja ilman lämpötilakorjausta (yhtenäinen viiva).(b) Suprajohtavan siirtymän kriittinen lämpötila kondensaatin tiheyden funktiona bogolon-välitteisille vuorovaikutuksille (punainen katkoviiva) ja ilman (musta yhtenäinen viiva) lämpötilakorjausta.Sininen katkoviiva näyttää BKT-siirtymälämpötilan kondensaatin tiheyden funktiona.
Suprajohtavuuden lisäksi BEC on toinen ilmiö, jota esiintyy alhaisissa lämpötiloissa.Se on viides aineen tila, jonka Einstein ennusti ensimmäisen kerran vuonna 1924. BEC:n muodostuminen tapahtuu, kun matalaenergiset atomit kokoontuvat yhteen ja siirtyvät samaan energiatilaan, mikä on tiivistyneen aineen fysiikan laajan tutkimuksen ala.Hybridi Bose-Fermi -järjestelmä edustaa olennaisesti elektronikerroksen vuorovaikutusta bosonikerroksen, kuten epäsuorien eksitonien, eksitoni-polaronien ja niin edelleen, kanssa.Bosen ja Fermi-hiukkasten välinen vuorovaikutus johti erilaisiin uusiin ja kiehtoviin ilmiöihin, jotka herättivät kiinnostusta molemmissa osapuolissa.Perus- ja sovellussuuntautunut näkymä.
Tässä työssä tutkijat raportoivat uudesta suprajohtavasta mekanismista grafeenissa, joka johtuu elektronien ja "bogolonien" vuorovaikutuksesta tyypillisen BCS-järjestelmän fononien sijaan.Bogolonit tai Bogoliubovin kvasihiukkaset ovat BEC:ssä viritteitä, joilla on tiettyjä hiukkasten ominaisuuksia.Tietyillä parametrialueilla tämä mekanismi sallii suprajohtavuuden kriittisen lämpötilan grafeenissa saavuttaa jopa 70 Kelviniä.Tutkijat ovat myös kehittäneet uuden mikroskooppisen BCS-teorian, joka keskittyy erityisesti uuteen hybridigrafeeniin perustuviin järjestelmiin.Niiden ehdottama malli ennustaa myös, että suprajohtavat ominaisuudet voivat kasvaa lämpötilan myötä, mikä johtaa suprajohtavan raon ei-monotoniseen lämpötilariippuvuuteen.
Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että grafeenin Dirac-dispersio säilyy tässä bogolon-välitteisessä järjestelmässä.Tämä osoittaa, että tähän suprajohtavaan mekanismiin liittyy elektroneja, joilla on relativistinen dispersio, ja tätä ilmiötä ei ole tutkittu hyvin kondensoituneen aineen fysiikassa.
Tämä työ paljastaa toisen tavan saavuttaa korkean lämpötilan suprajohtavuus.Samalla voimme säätää grafeenin suprajohtavuutta säätelemällä kondensaatin ominaisuuksia.Tämä osoittaa toisen tavan ohjata suprajohtavia laitteita tulevaisuudessa.
Postitusaika: 16.7.2021 
