Superlaidumas – fizinis reiškinys, kai tam tikroje kritinėje temperatūroje medžiagos elektrinė varža nukrenta iki nulio.Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorija yra veiksmingas paaiškinimas, apibūdinantis daugumos medžiagų superlaidumą.Jame nurodoma, kad Kuperio elektronų poros susidaro kristalinėje gardelėje pakankamai žemoje temperatūroje, o BCS superlaidumas atsiranda dėl jų kondensacijos.Nors pats grafenas yra puikus elektros laidininkas, jis neturi BCS superlaidumo dėl elektronų ir fonono sąveikos slopinimo.Štai kodėl dauguma „gerų“ laidininkų (tokių kaip auksas ir varis) yra „blogi“ superlaidininkai.
Pagrindinių mokslų instituto (IBS, Pietų Korėja) Kompleksinių sistemų teorinės fizikos centro (PCS) tyrėjai pranešė apie naują alternatyvų mechanizmą, leidžiantį pasiekti grafeno superlaidumą.Jie pasiekė šį žygdarbį pasiūlydami hibridinę sistemą, sudarytą iš grafeno ir dvimačio Bose-Einstein kondensato (BEC).Tyrimas buvo paskelbtas žurnale 2D Materials.
Hibridinė sistema, kurią sudaro elektronų dujos (viršutinis sluoksnis) grafene, atskirtas nuo dvimačio Bose-Einstein kondensato, vaizduojamas netiesioginiais eksitonais (mėlynais ir raudonais sluoksniais).Grafene esantys elektronai ir eksitonai yra sujungti Kulono jėga.
a ) Superlaidžio tarpo priklausomybė nuo temperatūros bogolono tarpininkaujamame procese su temperatūros korekcija (punktyrinė linija) ir be temperatūros korekcijos (ištisinė linija).(b) Kritinė superlaidžio perėjimo temperatūra kaip kondensato tankio funkcija bogolono sąlygotoms sąveikoms su (raudona punktyrinė linija) ir be (juoda ištisinė linija) temperatūros korekcijos.Mėlyna punktyrinė linija rodo BKT perėjimo temperatūrą kaip kondensato tankio funkciją.
Be superlaidumo, BEC yra dar vienas reiškinys, atsirandantis esant žemai temperatūrai.Tai penktoji materijos būsena, kurią Einšteinas pirmą kartą numatė 1924 m. BEC susidaro, kai mažos energijos atomai susirenka ir patenka į tą pačią energijos būseną, o tai yra išsamių kondensuotųjų medžiagų fizikos tyrimų sritis.Hibridinė Bose-Fermi sistema iš esmės reprezentuoja elektronų sluoksnio sąveiką su bozonų sluoksniu, pavyzdžiui, netiesioginiais eksitonais, eksitonais-polaronais ir pan.Bose ir Fermi dalelių sąveika paskatino įvairius naujus ir patrauklius reiškinius, kurie sukėlė abiejų šalių susidomėjimą.Pagrindinis ir į programą orientuotas vaizdas.
Šiame darbe mokslininkai pranešė apie naują superlaidumo mechanizmą grafene, kuris atsiranda dėl elektronų ir "bogolonų", o ne fononų sąveikos tipinėje BCS sistemoje.Bogolonai arba Bogoliubovo kvazidalelės yra BEC sužadinimai, turintys tam tikras dalelių charakteristikas.Tam tikruose parametrų diapazonuose šis mechanizmas leidžia superlaidumo kritinei temperatūrai grafene pasiekti net 70 kelvinų.Tyrėjai taip pat sukūrė naują mikroskopinę BCS teoriją, kurioje daugiausia dėmesio skiriama sistemoms, pagrįstoms nauju hibridiniu grafenu.Jų pasiūlytame modelyje taip pat numatoma, kad superlaidžios savybės gali padidėti didėjant temperatūrai, todėl superlaidumo tarpo temperatūra gali būti nemonotoniška.
Be to, tyrimai parodė, kad šioje bogolono tarpininkaujančioje schemoje išsaugoma grafeno Dirac dispersija.Tai rodo, kad šis superlaidumo mechanizmas apima elektronus su reliatyvistine dispersija, ir šis reiškinys nebuvo gerai ištirtas kondensuotų medžiagų fizikoje.
Šis darbas atskleidžia dar vieną būdą, kaip pasiekti aukštos temperatūros superlaidumą.Tuo pačiu metu, valdydami kondensato savybes, galime reguliuoti grafeno superlaidumą.Tai parodo dar vieną būdą valdyti superlaidžius įrenginius ateityje.
Paskelbimo laikas: 2021-07-16 
