Supravodivosť je fyzikálny jav, pri ktorom elektrický odpor materiálu pri určitej kritickej teplote klesne na nulu.Teória Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) je efektívnym vysvetlením, ktoré popisuje supravodivosť vo väčšine materiálov.Poukazuje na to, že Cooperove elektrónové páry sa tvoria v kryštálovej mriežke pri dostatočne nízkej teplote a že supravodivosť BCS pochádza z ich kondenzácie.Hoci samotný grafén je vynikajúcim elektrickým vodičom, nevykazuje supravodivosť BCS v dôsledku potlačenia interakcie elektrón-fonón.To je dôvod, prečo väčšina „dobrých“ vodičov (ako je zlato a meď) sú „zlé“ supravodiče.
Výskumníci z Centra pre teoretickú fyziku komplexných systémov (PCS) na Inštitúte základných vied (IBS, Južná Kórea) oznámili nový alternatívny mechanizmus na dosiahnutie supravodivosti v graféne.Tento výkon dosiahli návrhom hybridného systému zloženého z grafénu a dvojrozmerného Bose-Einsteinovho kondenzátu (BEC).Výskum bol publikovaný v časopise 2D Materials.
Hybridný systém pozostávajúci z elektrónového plynu (vrchná vrstva) v graféne, oddelený od dvojrozmerného Bose-Einsteinovho kondenzátu, reprezentovaného nepriamymi excitónmi (modrá a červená vrstva).Elektróny a excitóny v graféne sú spojené Coulombovou silou.
(a) Teplotná závislosť supravodivej medzery v procese sprostredkovanom bogolónom s korekciou teploty (prerušovaná čiara) a bez korekcie teploty (plná čiara).(b) Kritická teplota supravodivého prechodu ako funkcia hustoty kondenzátu pre interakcie sprostredkované bogolónom s (červená prerušovaná čiara) a bez (čierna plná čiara) teplotnou korekciou.Modrá bodkovaná čiara znázorňuje teplotu prechodu BKT ako funkciu hustoty kondenzátu.
Okrem supravodivosti je BEC ďalším javom, ktorý sa vyskytuje pri nízkych teplotách.Je to piaty stav hmoty, ktorý prvýkrát predpovedal Einstein v roku 1924. K vzniku BEC dochádza, keď sa atómy s nízkou energiou spoja a vstúpia do rovnakého energetického stavu, čo je oblasťou rozsiahleho výskumu fyziky kondenzovaných látok.Hybridný Bose-Fermiho systém v podstate predstavuje interakciu vrstvy elektrónov s vrstvou bozónov, ako sú nepriame excitóny, excitón-polaróny a pod.Interakcia medzi časticami Bose a Fermi viedla k rôznym novým a fascinujúcim javom, ktoré vzbudili záujem oboch strán.Základný a aplikačne orientovaný pohľad.
V tejto práci výskumníci uviedli nový supravodivý mechanizmus v graféne, ktorý je spôsobený interakciou medzi elektrónmi a „bogolónmi“ a nie fonónmi v typickom systéme BCS.Bogolony alebo Bogoliubove kvázičastice sú excitácie v BEC, ktoré majú určité vlastnosti častíc.V rámci určitých rozsahov parametrov tento mechanizmus umožňuje, aby supravodivá kritická teplota v graféne dosiahla až 70 Kelvinov.Výskumníci tiež vyvinuli novú mikroskopickú teóriu BCS, ktorá sa špecificky zameriava na systémy založené na novom hybridnom graféne.Model, ktorý navrhli, tiež predpovedá, že supravodivé vlastnosti sa môžu zvyšovať s teplotou, čo vedie k nemonotónnej teplotnej závislosti supravodivej medzery.
Štúdie navyše ukázali, že v tejto schéme sprostredkovanej bogolónom je zachovaná Diracova disperzia grafénu.To naznačuje, že tento supravodivý mechanizmus zahŕňa elektróny s relativistickou disperziou a tento jav nebol vo fyzike kondenzovaných látok dobre preskúmaný.
Táto práca odhaľuje ďalší spôsob, ako dosiahnuť vysokoteplotnú supravodivosť.Zároveň riadením vlastností kondenzátu vieme upraviť supravodivosť grafénu.To ukazuje ďalší spôsob riadenia supravodivých zariadení v budúcnosti.
Čas odoslania: 16. júla 2021 
