Suprajohtavuus on fyysinen ilmiö, jossa materiaalin sähkövastus putoaa nollaan tietyssä kriittisessä lämpötilassa. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) -teoria on tehokas selitys, joka kuvaa suprajohtavuutta useimmissa materiaaleissa. Se huomauttaa, että Cooper -elektroniparit muodostetaan kidehilaan riittävän matalassa lämpötilassa ja että BCS -suprajohtavuus tulee niiden tiivistymisestä. Vaikka grafeeni itsessään on erinomainen sähköjohdin, sillä ei ole BCS-suprajohtavuutta johtuen elektroni-fononi-vuorovaikutuksen tukahduttamisesta. Siksi useimmat "hyvät" kapellimestarit (kuten kulta ja kupari) ovat "huonoja" suplajohteita.
Perustieteen instituutin (IBS, Etelä -Korea) kompleksijärjestelmien teoreettisen fysiikan keskuksen tutkijat kertoivat uuden vaihtoehtoisen mekanismin grafeenin suprajohtavuuden saavuttamiseksi. He saavuttivat tämän saavutuksen ehdottamalla grafeenista ja kaksiulotteista Bose-Einstein-kondensaatista (BEC) koostuvaa hybridijärjestelmää. Tutkimus julkaistiin lehdessä 2D Materials.
Grafeenin elektronikaasusta (yläkerroksesta) koostuva hybridijärjestelmä, joka on erotettu kaksiulotteisesta Bose-Einstein-kondensaatista, jota edustaa epäsuorat eksitonit (siniset ja punaiset kerrokset). Grafeenin elektronit ja eksitonit kytketään Coulomb -voimalla.
(a) Suprajohtavan raon lämpötilariippuvuus bogolonivälitteisessä prosessissa lämpötilankorjauksella (katkoviiva) ja ilman lämpötilan korjausta (kiinteä viiva). (b) Suprajohtavan siirtymisen kriittinen lämpötila kondensaattiheyden funktiona bogolonivälitteille vuorovaikutukselle (punainen katkoviiva) ja ilman (musta kiinteä viiva) lämpötilan korjaus. Sininen katkoviiva näyttää BKT -siirtymälämpötilan kondensaatintiheyden funktiona.
Suprajohtavuuden lisäksi BEC on toinen ilmiö, joka esiintyy alhaisissa lämpötiloissa. Se on viides aineen tila, jonka Einstein ensin ennusti vuonna 1924. BEC: n muodostuminen tapahtuu, kun matalaenergiaatomeja kerääntyy yhteen ja pääsee samaan energiatilaan, joka on laajan tutkimuksen ala kondensoituneessa ainefysiikassa. Hybridi Bose-Fermi -järjestelmä edustaa olennaisesti elektronikerroksen vuorovaikutusta bosonien kerros, kuten epäsuora eksitoni, eksitonipolaronit ja niin edelleen. Bose- ja Fermi -hiukkasten vuorovaikutus johti moniin uusiin ja kiehtoviin ilmiöihin, jotka herättivät molempien osapuolten kiinnostuksen. Perus- ja sovelluskeskeinen näkymä.
Tässä työssä tutkijat ilmoittivat grafeenin uuden suprajohtavan mekanismin, joka johtuu elektronien ja ”bogolonien” vuorovaikutuksesta tyypillisen BCS -järjestelmän fononien sijasta. Bogolonit tai Bogoliubov -kvasiipartikset ovat virityksiä BEC: ssä, joilla on tiettyjä hiukkasia. Tietyillä parametrillä tämä mekanismi antaa grafeenin suprajohtavan kriittisen lämpötilan saavuttamisen jopa 70 Kelvinin. Tutkijat ovat myös kehittäneet uuden mikroskooppisen BCS -teorian, joka keskittyy erityisesti uuteen hybridigrafeeniin perustuviin järjestelmiin. He ehdottivat malli ennustaa myös, että suprajohtavat ominaisuudet voivat nousta lämpötilan kanssa, mikä johtaa suprajohtavaan rakoon ei-monotoniseen lämpötilariippuvuuteen.
Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että grafeenin Dirac-dispersio säilytetään tässä bogolonivälitteisessä kaaviossa. Tämä osoittaa, että tämä suprajohtava mekanismi sisältää elektroneja, joilla on relativistinen dispersio, ja tätä ilmiötä ei ole tutkittu hyvin kondensoituneessa ainefysiikassa.
Tämä työ paljastaa toisen tavan saavuttaa korkean lämpötilan suprajohtavuus. Samanaikaisesti hallitsemalla kondensaatin ominaisuuksia voimme säätää grafeenin suprajohtavuutta. Tämä osoittaa toisen tavan hallita suprajohtavia laitteita tulevaisuudessa.
Viestin aika: heinäkuu-16-2021 
