Superlaidumas yra fizikinis reiškinys, kai medžiagos elektrinė varža tam tikroje kritinėje temperatūroje sumažėja iki nulio. Bardeeno-Kūperio-Šriefferio (BCS) teorija yra efektyvus paaiškinimas, apibūdinantis daugumos medžiagų superlaidumą. Ji nurodo, kad Kuperio elektronų poros kristalinėje gardelėje susidaro pakankamai žemoje temperatūroje ir kad BCS superlaidumas atsiranda dėl jų kondensacijos. Nors pats grafenas yra puikus elektros laidininkas, jis nepasižymi BCS superlaidumu dėl elektronų ir fononų sąveikos slopinimo. Štai kodėl dauguma „gerų“ laidininkų (pvz., auksas ir varis) yra „blogi“ superlaidininkai.
Pagrindinių mokslų instituto (IBS, Pietų Korėja) Kompleksinių sistemų teorinės fizikos centro (PCS) tyrėjai pranešė apie naują alternatyvų mechanizmą, kaip pasiekti grafeno superlaidumą. Šį pasiekimą jie pasiekė pasiūlydami hibridinę sistemą, sudarytą iš grafeno ir dvimačio Bose-Einšteino kondensato (BEC). Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „2D Materials“.
Hibridinė sistema, sudaryta iš elektronų dujų (viršutinio sluoksnio) grafene, atskirtos nuo dvimačio Bose-Einšteino kondensato, vaizduojamos netiesioginiais eksitonais (mėlynais ir raudonais sluoksniais). Elektronai ir eksitonai grafene yra sujungti Kulono jėga.
(a) Superlaidžiojo tarpo priklausomybė nuo temperatūros bogolonų tarpininkaujamoje sąveikoje su temperatūros korekcija (punktyrinė linija) ir be temperatūros korekcijos (ištisinė linija). (b) Superlaidžiojo virsmo kritinė temperatūra kaip kondensato tankio funkcija bogolonų tarpininkaujamose sąveikose su (raudona punktyrinė linija) ir be (juoda ištisinė linija). Mėlyna punktyrinė linija rodo BKT virsmo temperatūrą kaip kondensato tankio funkciją.
Be superlaidumo, BEC yra dar vienas reiškinys, atsirandantis žemoje temperatūroje. Tai penktoji materijos būsena, kurią pirmą kartą 1924 m. numatė Einšteinas. BEC susidaro, kai mažos energijos atomai susijungia ir patenka į tą pačią energijos būseną, o tai yra išsamių tyrimų sritis kondensuotųjų medžiagų fizikoje. Hibridinė Bose-Fermi sistema iš esmės atspindi elektronų sluoksnio sąveiką su bozonų sluoksniu, pavyzdžiui, netiesioginiais eksitonais, eksitonų-polaronais ir pan. Bose ir Fermi dalelių sąveika lėmė įvairius naujus ir įdomius reiškinius, kurie sužadino abiejų šalių susidomėjimą. Pagrindinis ir į taikymą orientuotas požiūris.
Šiame darbe tyrėjai aprašė naują grafeno superlaidumo mechanizmą, kuris atsiranda dėl elektronų ir „bogolonų“, o ne fononų sąveikos tipinėje BCS sistemoje. Bogolonai arba Bogoliubovo kvazidalelės yra sužadinimo bangos BEC, turinčios tam tikras dalelių savybes. Tam tikruose parametrų diapazonuose šis mechanizmas leidžia superlaidumo kritinei temperatūrai grafene pasiekti net 70 kelvinų. Tyrėjai taip pat sukūrė naują mikroskopinę BCS teoriją, kuri konkrečiai orientuota į sistemas, pagrįstas nauju hibridiniu grafenu. Jų pasiūlytas modelis taip pat numato, kad superlaidumo savybės gali didėti kartu su temperatūra, todėl superlaidumo tarpas priklauso nuo temperatūros nemonotoniškai.
Be to, tyrimai parodė, kad šioje bogolonų tarpininkaujamoje schemoje išsaugoma grafeno Dirac dispersija. Tai rodo, kad šis superlaidumo mechanizmas apima elektronus su reliatyvistine dispersija, ir šis reiškinys nebuvo gerai ištirtas kondensuotųjų medžiagų fizikoje.
Šis darbas atskleidžia kitą būdą pasiekti aukštos temperatūros superlaidumą. Tuo pačiu metu, valdydami kondensato savybes, galime reguliuoti grafeno superlaidumą. Tai rodo dar vieną būdą valdyti superlaidžius įtaisus ateityje.
Įrašo laikas: 2021 m. liepos 16 d. 
