Supravodivosť je fyzikálny jav, pri ktorom elektrický odpor materiálu klesne na nulu pri určitej kritickej teplote. Bardeenova-Cooperova-Schriefferova (BCS) teória je účinným 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 BCS supravodivosť pochádza z ich kondenzácie. Hoci samotný grafén je vynikajúci elektrický vodič, nevykazuje BCS supravodivosť kvôli potlačeniu interakcie elektrón-fonón. Preto je väčšina „dobrých“ vodičov (ako je zlato a meď) „zlými“ supravodičmi.
Výskumníci z Centra pre teoretickú fyziku komplexných systémov (PCS) v Inštitúte základných vied (IBS, Južná Kórea) oznámili nový alternatívny mechanizmus na dosiahnutie supravodivosti v graféne. Dosiahli to 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, oddeleného od dvojrozmerného Bose-Einsteinovho kondenzátu, reprezentovaného nepriamymi excitónmi (modrá a červená vrstva). Elektróny a excitóny v graféne sú viazané Coulombovou silou.
(a) Teplotná závislosť supravodivej medzery v procese sprostredkovanom bogolonom s teplotnou korekciou (prerušovaná čiara) a bez teplotnej korekcie (plná čiara). (b) Kritická teplota supravodivého prechodu ako funkcia hustoty kondenzátu pre interakcie sprostredkované bogolonom s (červená prerušovaná čiara) a bez (čierna plná čiara) teplotnou korekciou. Modrá prerušovaná čiara znázorňuje teplotu BKT prechodu ako funkciu hustoty kondenzátu.
Okrem supravodivosti je BEC ďalším javom, ktorý sa vyskytuje pri nízkych teplotách. Je to piaty skupenstvo hmoty, ktoré prvýkrát predpovedal Einstein v roku 1924. K vzniku BEC dochádza, keď sa nízkoenergetické atómy zhromaždia a vstúpia do rovnakého energetického stavu, čo je oblasť rozsiahleho výskumu vo fyzike kondenzovaných látok. Hybridný Bose-Fermiho systém v podstate predstavuje interakciu vrstvy elektrónov s vrstvou bozónov, ako sú nepriame excitóny, excitón-polaróny atď. Interakcia medzi Boseovými a Fermiho časticami viedla k rôznym novým a fascinujúcim javom, ktoré vzbudili záujem oboch strán. Základný a aplikačne orientovaný pohľad.
V tejto práci výskumníci opísali nový mechanizmus supravodivosti v graféne, ktorý je spôsobený interakciou medzi elektrónmi a „bogolónmi“ a nie fonónmi v typickom systéme BCS. Bogolóny alebo Bogoliubovove kvázičastice sú excitácie v BEC, ktoré majú určité charakteristiky častíc. V rámci určitých rozsahov parametrov tento mechanizmus umožňuje, aby kritická teplota supravodivosti 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 nemonotonickej teplotnej závislosti supravodivej medzery.
Štúdie navyše ukázali, že Diracova disperzia grafénu je v tejto schéme sprostredkovanej bogolonom zachovaná. 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, môžeme upraviť supravodivosť grafénu. To ukazuje ďalší spôsob, ako v budúcnosti riadiť supravodivé zariadenia.
Čas uverejnenia: 16. júla 2021 
