Supergeleiding is een fysiek fenomeen waarbij de elektrische weerstand van een materiaal bij een bepaalde kritieke temperatuur tot nul daalt. De theorie van Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) is een effectieve verklaring, die de supergeleiding in de meeste materialen beschrijft. Het wijst erop dat Cooper -elektronenparen worden gevormd in het kristalrooster op een voldoende lage temperatuur, en dat de supergeleiding van BCS voortkomt uit hun condensatie. Hoewel grafeen zelf een uitstekende elektrische geleider is, vertoont het geen BCS-supergeleiding vanwege de onderdrukking van elektronen-fonon-interactie. Dit is de reden waarom de meeste "goede" geleiders (zoals goud en koper) "slechte" supergeleiders zijn.
Onderzoekers van het Centre for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) van het Institute of Basic Science (IBS, Zuid -Korea) rapporteerden een nieuw alternatief mechanisme om supergeleiding in grafeen te bereiken. Ze bereikten deze prestatie door een hybride systeem voor te stellen dat bestaat uit grafeen en tweedimensionaal Bose-Einstein-condensaat (BEC). Het onderzoek werd gepubliceerd in het Journal 2D -materialen.
Een hybride systeem bestaande uit elektronengas (bovenste laag) in grafeen, gescheiden van het tweedimensionale Bose-Einstein-condensaat, weergegeven door indirecte excitonen (blauwe en rode lagen). De elektronen en excitonen in grafeen worden gekoppeld door Coulomb -kracht.
(a) De temperatuurafhankelijkheid van de supergeleidende opening in het door Bogolon gemedieerde proces met temperatuurcorrectie (stippellijn) en zonder temperatuurcorrectie (ononderbroken lijn). (b) De kritische temperatuur van supergeleidende overgang als functie van condensaatdichtheid voor bogolon-gemedieerde interacties met (rode stippellijn) en zonder (zwarte ononderbroken lijn) temperatuurcorrectie. De blauwe stippellijn toont de BKT -overgangstemperatuur als een functie van condensaatdichtheid.
Naast supergeleiding is BEC een ander fenomeen dat optreedt bij lage temperaturen. Het is de vijfde toestand van materie die eerst door Einstein in 1924 werd voorspeld. De vorming van BEC treedt op wanneer lage energieatomen zich verzamelen en dezelfde energietoestand betreden, een veld van uitgebreid onderzoek in de fysica van gecondenseerde materie. Het hybride Bose-Fermi-systeem vertegenwoordigt in wezen de interactie van een laag elektronen met een laag bosonen, zoals indirecte excitonen, exciton-polaronen, enzovoort. De interactie tussen Bose en Fermi -deeltjes leidde tot een verscheidenheid aan nieuwe en fascinerende fenomenen, die de interesse van beide partijen wekten. Basis- en applicatiegerichte weergave.
In dit werk rapporteerden de onderzoekers een nieuw supergeleidend mechanisme in grafeen, dat te wijten is aan de interactie tussen elektronen en "Bogolons" in plaats van de fononen in een typisch BCS -systeem. Bogolons of Bogoliubov quasiparticles zijn excitaties in BEC, die bepaalde kenmerken van deeltjes hebben. Binnen bepaalde parameterbereiken maakt dit mechanisme de supergeleidende kritische temperatuur in grafeen mogelijk tot 70 kelvin. Onderzoekers hebben ook een nieuwe microscopische BCS -theorie ontwikkeld die zich specifiek richt op systemen op basis van nieuw hybride grafeen. Het model dat zij voorstelden, voorspelt ook dat de supergeleidende eigenschappen kunnen toenemen met de temperatuur, wat resulteert in een niet-monotone temperatuurafhankelijkheid van de supergeleidende kloof.
Bovendien hebben studies aangetoond dat de dirac-dispersie van grafeen in dit door Bogolon gemedieerde schema wordt bewaard. Dit geeft aan dat dit supergeleidende mechanisme elektronen met relativistische dispersie omvat, en dit fenomeen is niet goed onderzocht in de fysica van gecondenseerde materie.
Dit werk onthult een andere manier om supergeleiding van hoge temperatuur te bereiken. Tegelijkertijd kunnen we, door de eigenschappen van het condensaat te regelen de supergeleiding van grafeen aanpassen. Dit toont een andere manier om supergeleidende apparaten in de toekomst te besturen.
Posttijd: JUL-16-2021 
