Superledning er et fysisk fenomen der den elektriske motstanden til et materiale faller til null ved en viss kritisk temperatur.Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorien er en effektiv forklaring, som beskriver superledningsevnen i de fleste materialer.Den påpeker at Cooper-elektronpar dannes i krystallgitteret ved en tilstrekkelig lav temperatur, og at BCS-superledningsevnen kommer fra deres kondensasjon.Selv om grafen i seg selv er en utmerket elektrisk leder, viser den ikke BCS-superledning på grunn av undertrykkelsen av elektron-fonon-interaksjon.Dette er grunnen til at de fleste "gode" ledere (som gull og kobber) er "dårlige" superledere.
Forskere ved Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) ved Institute of Basic Science (IBS, Sør-Korea) rapporterte om en ny alternativ mekanisme for å oppnå superledning i grafen.De oppnådde denne bragden ved å foreslå et hybridsystem sammensatt av grafen og todimensjonalt Bose-Einstein-kondensat (BEC).Forskningen ble publisert i tidsskriftet 2D Materials.
Et hybridsystem bestående av elektrongass (øverste lag) i grafen, separert fra det todimensjonale Bose-Einstein-kondensatet, representert ved indirekte eksitoner (blått og rødt lag).Elektronene og eksitonene i grafen er koblet med Coulomb-kraft.
(a) Temperaturavhengigheten til det superledende gapet i den bogolon-medierte prosessen med temperaturkorreksjon (stiplet linje) og uten temperaturkorreksjon (heltrukken linje).(b) Den kritiske temperaturen for superledende overgang som en funksjon av kondensattetthet for bogolon-medierte interaksjoner med (rød stiplet linje) og uten (svart heltrukket linje) temperaturkorreksjon.Den blå stiplede linjen viser BKT-overgangstemperaturen som en funksjon av kondensatets tetthet.
I tillegg til superledning er BEC et annet fenomen som oppstår ved lave temperaturer.Det er den femte materiens tilstand som først ble forutsagt av Einstein i 1924. Dannelsen av BEC skjer når lavenergiatomer samles og går inn i den samme energitilstanden, som er et felt med omfattende forskning i fysikk av kondensert materie.Hybrid Bose-Fermi-systemet representerer i hovedsak samspillet mellom et lag av elektroner med et lag av bosoner, for eksempel indirekte eksitoner, eksiton-polaroner og så videre.Samspillet mellom Bose- og Fermi-partikler førte til en rekke nye og fascinerende fenomener, som vekket interesse fra begge parter.Grunnleggende og applikasjonsorientert visning.
I dette arbeidet rapporterte forskerne om en ny superledende mekanisme i grafen, som skyldes interaksjonen mellom elektroner og "bogoloner" i stedet for fononene i et typisk BCS-system.Bogoloner eller Bogoliubov kvasipartikler er eksitasjoner i BEC, som har visse egenskaper til partikler.Innenfor visse parameterområder lar denne mekanismen den superledende kritiske temperaturen i grafen nå så høyt som 70 Kelvin.Forskere har også utviklet en ny mikroskopisk BCS-teori som spesifikt fokuserer på systemer basert på ny hybrid grafen.Modellen de foreslo forutsier også at de superledende egenskapene kan øke med temperaturen, noe som resulterer i en ikke-monoton temperaturavhengighet av det superledende gapet.
I tillegg har studier vist at Dirac-spredningen av grafen er bevart i dette bogolon-medierte opplegget.Dette indikerer at denne superledende mekanismen involverer elektroner med relativistisk spredning, og dette fenomenet har ikke blitt godt utforsket i fysikk av kondensert materie.
Dette arbeidet avslører en annen måte å oppnå superledning ved høy temperatur.Samtidig kan vi ved å kontrollere egenskapene til kondensatet justere superledningsevnen til grafen.Dette viser en annen måte å kontrollere superledende enheter på i fremtiden.
Innleggstid: 16. juli 2021 
