A szupravezetés olyan fizikai jelenség, amelyben egy anyag elektromos ellenállása nullára csökken egy bizonyos kritikus hőmérsékleten.A Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) elmélet egy hatékony magyarázat, amely a legtöbb anyag szupravezetését írja le.Rámutat arra, hogy a Cooper-elektronpárok kellően alacsony hőmérsékleten jönnek létre a kristályrácsban, és a BCS szupravezetés ezek kondenzációjából származik.Bár maga a grafén kiváló elektromos vezető, nem mutat BCS szupravezetést az elektron-fonon kölcsönhatás elnyomása miatt.Ez az oka annak, hogy a legtöbb „jó” vezető (például arany és réz) „rossz” szupravezető.
Az Institute of Basic Science (IBS, Dél-Korea) Komplex Rendszerek Elméleti Fizikai Központjának (PCS) kutatói egy új alternatív mechanizmusról számoltak be a grafén szupravezetésének elérésére.Ezt úgy érték el, hogy egy grafénből és kétdimenziós Bose-Einstein kondenzátumból (BEC) álló hibrid rendszert javasoltak.A kutatás a 2D Materials folyóiratban jelent meg.
Hibrid rendszer, amely elektrongázból (felső réteg) áll grafénban, elválasztva a kétdimenziós Bose-Einstein kondenzátumtól, amelyet közvetett excitonok (kék és piros réteg) képviselnek.A grafén elektronjait és excitonjait Coulomb-erő kapcsolja össze.
(a) A szupravezető rés hőmérsékletfüggése a bogolon-közvetített folyamatban hőmérséklet-korrekcióval (szaggatott vonal) és hőmérséklet-korrekció nélkül (folytonos vonal).(b) A szupravezető átmenet kritikus hőmérséklete a kondenzátum sűrűségének függvényében a bogolon által közvetített kölcsönhatásokhoz (piros szaggatott vonal) és anélkül (fekete folytonos vonal) hőmérséklet-korrekció.A kék szaggatott vonal a BKT átmeneti hőmérsékletét mutatja a kondenzátum sűrűségének függvényében.
A szupravezetés mellett a BEC egy másik jelenség, amely alacsony hőmérsékleten fordul elő.Ez az anyag ötödik halmazállapota, amelyet először Einstein jósolt meg 1924-ben. A BEC kialakulása akkor következik be, amikor az alacsony energiájú atomok összegyűlnek, és ugyanabba az energiaállapotba kerülnek, ami a kondenzált anyag fizikájának kiterjedt kutatási területe.A hibrid Bose-Fermi rendszer lényegében egy elektronréteg és egy bozonréteg kölcsönhatását reprezentálja, mint például az indirekt excitonok, exciton-polaronok és így tovább.A Bose és a Fermi részecskék közötti kölcsönhatás számos újszerű és lenyűgöző jelenséghez vezetett, amelyek mindkét fél érdeklődését felkeltették.Alapvető és alkalmazásorientált nézet.
Ebben a munkában a kutatók egy új szupravezető mechanizmusról számoltak be a grafénben, amely az elektronok és a „bogolonok” közötti kölcsönhatásnak köszönhető, nem pedig a fononok között egy tipikus BCS rendszerben.A Bogolonok vagy Bogoliubov-kvázirészecskék a BEC-ben gerjesztések, amelyek a részecskék bizonyos jellemzőivel rendelkeznek.Bizonyos paraméter-tartományokon belül ez a mechanizmus lehetővé teszi, hogy a grafén szupravezető kritikus hőmérséklete elérje a 70 Kelvint.A kutatók egy új mikroszkopikus BCS-elméletet is kidolgoztak, amely kifejezetten az új hibrid grafénen alapuló rendszerekre összpontosít.Az általuk javasolt modell azt is előrevetíti, hogy a szupravezető tulajdonságok növekedhetnek a hőmérséklettel, ami a szupravezető rés nem monoton hőmérsékletfüggését eredményezi.
Ezenkívül a vizsgálatok kimutatták, hogy a grafén Dirac-diszperziója megmarad ebben a bogolon által közvetített sémában.Ez azt jelzi, hogy ez a szupravezető mechanizmus relativisztikus diszperziójú elektronokat foglal magában, és ezt a jelenséget a kondenzált anyag fizikája nem vizsgálta jól.
Ez a munka egy másik módszert tár fel a magas hőmérsékletű szupravezetés elérésére.Ugyanakkor a kondenzátum tulajdonságainak szabályozásával beállíthatjuk a grafén szupravezető képességét.Ez egy másik módot mutat a szupravezető eszközök jövőbeli szabályozására.
Feladás időpontja: 2021.07.16 
