Η υπεραγωγιμότητα είναι ένα φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο η ηλεκτρική αντίσταση ενός υλικού πέφτει στο μηδέν σε μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία.Η θεωρία Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) είναι μια αποτελεσματική εξήγηση, η οποία περιγράφει την υπεραγωγιμότητα στα περισσότερα υλικά.Επισημαίνει ότι τα ζεύγη ηλεκτρονίων Cooper σχηματίζονται στο κρυσταλλικό πλέγμα σε αρκετά χαμηλή θερμοκρασία και ότι η υπεραγωγιμότητα BCS προέρχεται από τη συμπύκνωση τους.Αν και το ίδιο το γραφένιο είναι ένας εξαιρετικός ηλεκτρικός αγωγός, δεν παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα BCS λόγω της καταστολής της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων-φωνονίων.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότεροι «καλοί» αγωγοί (όπως ο χρυσός και ο χαλκός) είναι «κακοί» υπεραγωγοί.
Ερευνητές στο Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής Σύνθετων Συστημάτων (PCS) στο Ινστιτούτο Βασικής Επιστήμης (IBS, Νότια Κορέα) ανέφεραν έναν νέο εναλλακτικό μηχανισμό για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας στο γραφένιο.Πέτυχαν αυτό το κατόρθωμα προτείνοντας ένα υβριδικό σύστημα που αποτελείται από γραφένιο και δισδιάστατο συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC).Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό 2D Materials.
Ένα υβριδικό σύστημα που αποτελείται από αέριο ηλεκτρονίων (επάνω στρώμα) σε γραφένιο, διαχωρισμένο από το δισδιάστατο συμπύκνωμα Bose-Einstein, που αντιπροσωπεύεται από έμμεσα εξιτόνια (μπλε και κόκκινα στρώματα).Τα ηλεκτρόνια και τα εξιόνια στο γραφένιο συνδέονται με τη δύναμη Coulomb.
(α) Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του υπεραγώγιμου κενού στη διαδικασία με τη μεσολάβηση μπογκολόν με διόρθωση θερμοκρασίας (διακεκομμένη γραμμή) και χωρίς διόρθωση θερμοκρασίας (συμπαγής γραμμή).(β) Η κρίσιμη θερμοκρασία της υπεραγώγιμης μετάπτωσης ως συνάρτηση της πυκνότητας του συμπυκνώματος για αλληλεπιδράσεις με τη μεσολάβηση μπόγολον με διόρθωση θερμοκρασίας (κόκκινη διακεκομμένη γραμμή) και χωρίς (μαύρη συμπαγής γραμμή).Η μπλε διακεκομμένη γραμμή δείχνει τη θερμοκρασία μετάπτωσης BKT ως συνάρτηση της πυκνότητας του συμπυκνώματος.
Εκτός από την υπεραγωγιμότητα, το BEC είναι ένα άλλο φαινόμενο που εμφανίζεται σε χαμηλές θερμοκρασίες.Είναι η πέμπτη κατάσταση της ύλης που προβλέφθηκε για πρώτη φορά από τον Αϊνστάιν το 1924. Ο σχηματισμός του BEC συμβαίνει όταν άτομα χαμηλής ενέργειας συγκεντρώνονται και εισέρχονται στην ίδια ενεργειακή κατάσταση, η οποία είναι ένα πεδίο εκτεταμένης έρευνας στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.Το υβριδικό σύστημα Bose-Fermi ουσιαστικά αντιπροσωπεύει την αλληλεπίδραση ενός στρώματος ηλεκτρονίων με ένα στρώμα μποζονίων, όπως έμμεσα εξιτόνια, εξιτόνια-πολαρόνια κ.λπ.Η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων Bose και Fermi οδήγησε σε μια ποικιλία από νέα και συναρπαστικά φαινόμενα, τα οποία προκάλεσαν το ενδιαφέρον και των δύο μερών.Βασική και προσανατολισμένη στην εφαρμογή προβολή.
Σε αυτή την εργασία, οι ερευνητές ανέφεραν έναν νέο υπεραγώγιμο μηχανισμό στο γραφένιο, ο οποίος οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονίων και «μπογκολώνων» και όχι των φωνονίων σε ένα τυπικό σύστημα BCS.Τα Bogolons ή Bogoliubov οιονεί σωματίδια είναι διεγέρσεις στο BEC, που έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά σωματιδίων.Μέσα σε ορισμένα εύρη παραμέτρων, αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει στην υπεραγώγιμη κρίσιμη θερμοκρασία στο γραφένιο να φτάσει έως και τα 70 Kelvin.Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης μια νέα μικροσκοπική θεωρία BCS που εστιάζει ειδικά σε συστήματα που βασίζονται σε νέο υβριδικό γραφένιο.Το μοντέλο που πρότειναν επίσης προβλέπει ότι οι υπεραγώγιμες ιδιότητες μπορούν να αυξηθούν με τη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα μια μη μονοτονική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του υπεραγώγιμου κενού.
Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει ότι η διασπορά Dirac του γραφενίου διατηρείται σε αυτό το σχήμα που διαμεσολαβείται από το bogolon.Αυτό δείχνει ότι αυτός ο υπεραγώγιμος μηχανισμός περιλαμβάνει ηλεκτρόνια με σχετικιστική διασπορά και αυτό το φαινόμενο δεν έχει διερευνηθεί καλά στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.
Αυτή η εργασία αποκαλύπτει έναν άλλο τρόπο για να επιτευχθεί υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία.Ταυτόχρονα, ελέγχοντας τις ιδιότητες του συμπυκνώματος, μπορούμε να προσαρμόσουμε την υπεραγωγιμότητα του γραφενίου.Αυτό δείχνει έναν άλλο τρόπο ελέγχου υπεραγώγιμων συσκευών στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Ιουλίου 2021 
