Supravodivosť je fyzikálny jav, v ktorom elektrický odpor materiálu klesne na nulu pri určitej kritickej teplote. Teória Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) je účinným vysvetlením, ktoré opisuje supravodivosť vo väčšine materiálov. Poukazuje na to, že páry elektrónov Cooper sa tvoria v kryštálovej mriežke pri dostatočne nízkej teplote a že supravodivosti BCS pochádza z ich kondenzácie. Aj keď je samotný grafén vynikajúcim elektrickým vodičom, nevykazuje supravodivosť BCS v dôsledku potlačenia interakcie elektrónového fonónu. To je dôvod, prečo väčšina „dobrých“ vodičov (napríklad zlata a meď) sú „zlé“ supravodiče.
Vedci v Centre pre teoretickú fyziku komplexných systémov (PCS) v Inštitúte základnej vedy (IBS, Južná Kórea) uviedli nový alternatívny mechanizmus na dosiahnutie supravodivosti v graféne. Dosiahli tento výkon navrhnutím hybridného systému zloženého z grafénu a dvojrozmerného kondenzátu Bose-Einstein (BEC). Výskum bol uverejnený v časopise Journal 2D Materials.
Hybridný systém pozostávajúci z elektrónového plynu (horná vrstva) v graféne, oddelený od dvojrozmerného kondenzátu bose-einsteínu, predstavovaný nepriamymi excitónmi (modré a červené vrstvy). Elektróny a excity v graféne sú spojené Coulombovou silou.
(A) Teplotná závislosť supravodivej medzery v procese sprostredkovanom Bogolonu s korekciou teploty (prerušovaná čiara) a bez korekcie teploty (plné vedenie). (B) Kritická teplota supravodivého prechodu ako funkcia hustoty kondenzátu pre interakcie sprostredkované bugolonom s (červenou prerušovanou čiarou) a bez korekcie teploty (čiernej pevnej čiary). Modrá bodkovaná čiara zobrazuje 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 Einstein prvýkrát predpovedal v roku 1924. K tvorbe BEC dochádza, keď sa zhromažďujú atómy nízkoenergetických atómov a vstupujú do rovnakého energetického stavu, ktorý je oblasťou rozsiahleho výskumu vo fyzike kondenzovanej hmoty. Hybridný systém Bose-Fermi v podstate predstavuje interakciu vrstvy elektrónov s vrstvou bozónov, ako sú nepriame excity, exciton-polarony atď. Interakcia medzi časticami Bose a Fermi viedla k rôznym novým a fascinujúcim javom, ktoré vzbudili záujem oboch strán. Základné zobrazenie orientované na aplikáciu.
V tejto práci vedci nahlásili nový supravodivový mechanizmus v graféne, ktorý je spôsobený interakciou medzi elektrónmi a „bogolónmi“, a nie fonónmi v typickom systéme BCS. Bogolons alebo Bogoliubov Quasiparticles sú excitácie v BEC, ktoré majú určité charakteristiky častíc. V rámci určitých rozsahov parametrov tento mechanizmus umožňuje supravodivej kritickej teplote grafénu dosiahnuť až 70 kelvin. Vedci 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 zvýšiť s teplotou, čo vedie k monotonickej teplotnej závislosti supravodivej medzery.
Štúdie okrem toho ukázali, že v tejto schéme sprostredkovanej Bogolonom je zachovaná disperzia Dirac. To naznačuje, že tento supravodivový mechanizmus zahŕňa elektróny s relativistickou disperziou a tento jav sa v kondenzovanej fyzike neskúmal dobre.
Táto práca odhaľuje ďalší spôsob, ako dosiahnuť vysokoteplotnú supravodivosť. Súčasne ovládaním vlastností kondenzátu môžeme upraviť supravodivosť grafénu. To ukazuje ďalší spôsob, ako v budúcnosti ovládať supravodivé zariadenia.
Čas príspevku: júl 16-2021 
