Η υπεραγωγιμότητα είναι ένα φυσικό φαινόμενο στο 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 επαρκώς χαμηλή θερμοκρασία και ότι η υπεραγωγιμότητα BCS προέρχεται από τη συμπύκνωση τους. Παρόλο που το ίδιο το graphene είναι ένας εξαιρετικός ηλεκτρικός αγωγός, δεν παρουσιάζει υπεραγωγιμότητα BCS λόγω της καταστολής της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων-φωνών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περισσότεροι "καλοί" αγωγοί (όπως ο χρυσός και ο χαλκός) είναι "κακοί" υπεραγωγοί.
Οι ερευνητές του Κέντρου Θεωρητικής Φυσικής των Συμπληρωματικών Συστημάτων (PCS) στο Ινστιτούτο Βασικής Επιστήμης (IBS, Νότια Κορέα) ανέφεραν έναν νέο εναλλακτικό μηχανισμό για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας στο γραφένιο. Επέστρεψαν αυτό το κατόρθωμα προτείνοντας ένα υβριδικό σύστημα που αποτελείται από γραφένιο και δισδιάστατο συμπύκνωμα Bose-Einstein (BEC). Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό 2D Materials.
Ένα υβριδικό σύστημα που αποτελείται από αέριο ηλεκτρονίων (ανώτερο στρώμα) σε γραφένιο, χωρισμένο από το δισδιάστατο συμπύκνωμα Bose-Einstein, που αντιπροσωπεύεται από έμμεσες διεγέρτες (μπλε και κόκκινα στρώματα). Τα ηλεκτρόνια και τα excitons στο graphene συνδυάζονται με δύναμη Coulomb.
(α) Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του υπεραγωγικού χάσματος στη διαδικασία μεσολαβούμενης από το bogolon με διόρθωση θερμοκρασίας (διακεκομμένη γραμμή) και χωρίς διόρθωση θερμοκρασίας (στερεή γραμμή). (β) Η κρίσιμη θερμοκρασία της υπεραγωγικής μετάβασης ως συνάρτηση της πυκνότητας συμπυκνωμάτων για τις αλληλεπιδράσεις με τη μεσολάβηση bogolon με (κόκκινη διακεκομμένη γραμμή) και χωρίς διόρθωση θερμοκρασίας (μαύρης στερεάς γραμμής). Η μπλε διακεκομμένη γραμμή δείχνει τη θερμοκρασία μετάβασης BKT ως συνάρτηση της πυκνότητας συμπυκνωμάτων.
Εκτός από την υπεραγωγικότητα, το BEC είναι ένα άλλο φαινόμενο που εμφανίζεται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Είναι η πέμπτη κατάσταση της ύλης που προβλέπεται για πρώτη φορά από τον Αϊνστάιν το 1924. Ο σχηματισμός του BEC εμφανίζεται όταν τα άτομα χαμηλής ενέργειας συγκεντρώνονται και εισέρχονται στην ίδια ενεργειακή κατάσταση, που αποτελεί πεδίο εκτεταμένης έρευνας στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης. Το υβριδικό σύστημα Bose-Fermi αντιπροσωπεύει ουσιαστικά την αλληλεπίδραση ενός στρώματος ηλεκτρονίων με στρώμα βοσονών, όπως έμμεσες διεγέρσεις, exciton-polarons κ.ο.κ. Η αλληλεπίδραση μεταξύ 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.
Σε αυτό το έργο, οι ερευνητές ανέφεραν ένα νέο υπεραγωγικό μηχανισμό στο γραφένιο, ο οποίος οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονίων και "bogolons" και όχι στα φωνόνια σε ένα τυπικό σύστημα BCS. Τα Bogolons ή Bogoliubov quasiparticles είναι διεγέρσεις στο BEC, τα οποία έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Μέσα σε ορισμένες περιοχές παραμέτρων, αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει την υπεραγωγική κρίσιμη θερμοκρασία στο graphene να φτάσει μέχρι και 70 Kelvin. Οι ερευνητές έχουν επίσης αναπτύξει μια νέα μικροσκοπική θεωρία BCS που επικεντρώνεται ειδικά σε συστήματα που βασίζονται σε νέο υβριδικό graphene. Το μοντέλο που πρότειναν επίσης προβλέπει ότι οι υπεραγωγικές ιδιότητες μπορούν να αυξηθούν με τη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα μια μη μονοτονική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του υπεραγωγικού χάσματος.
Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει ότι η διασπορά dirac του γραφένιου διατηρείται σε αυτό το σχήμα μεσολαβούμενης από bogolon. Αυτό υποδεικνύει ότι αυτός ο υπεραγωγικός μηχανισμός περιλαμβάνει ηλεκτρόνια με σχετικιστική διασπορά και αυτό το φαινόμενο δεν έχει διερευνηθεί καλά στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.
Αυτό το έργο αποκαλύπτει έναν άλλο τρόπο για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας. Ταυτόχρονα, ελέγχοντας τις ιδιότητες του συμπύκνωση, μπορούμε να προσαρμόσουμε την υπεραγωγιμότητα του γραφένιου. Αυτό δείχνει έναν άλλο τρόπο για τον έλεγχο των υπεραγωγικών συσκευών στο μέλλον.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιουλ-16-2021 
