Supergeleiding is een natuurkundig fenomeen waarbij de elektrische weerstand van een materiaal bij een bepaalde kritische temperatuur tot nul daalt.De Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) theorie is een effectieve verklaring, die de supergeleiding in de meeste materialen beschrijft.Het wijst erop dat Cooper-elektronenparen worden gevormd in het kristalrooster bij een voldoende lage temperatuur, en dat de BCS-supergeleiding voortkomt uit hun condensatie.Hoewel grafeen zelf een uitstekende elektrische geleider is, vertoont het geen BCS-supergeleiding vanwege de onderdrukking van elektron-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 is gepubliceerd in het tijdschrift 2D Materials.
Een hybride systeem bestaande uit elektronengas (bovenlaag) in grafeen, gescheiden van het tweedimensionale Bose-Einstein-condensaat, vertegenwoordigd door indirecte excitonen (blauwe en rode lagen).De elektronen en excitonen in grafeen zijn gekoppeld door Coulombkracht.
( a ) De temperatuurafhankelijkheid van de supergeleidende opening in het bogolon-gemedieerde proces met temperatuurcorrectie (stippellijn) en zonder temperatuurcorrectie (ononderbroken lijn).( b ) De kritische temperatuur van supergeleidende overgang als een functie van condensaatdichtheid voor bogolon-gemedieerde interacties met (rode stippellijn) en zonder (zwarte ononderbroken lijn) temperatuurcorrectie.De blauwe stippellijn toont de BKT-overgangstemperatuur als functie van de condensaatdichtheid.
Naast supergeleiding is BEC een ander fenomeen dat optreedt bij lage temperaturen.Het is de vijfde toestand van materie die voor het eerst werd voorspeld door Einstein in 1924. De vorming van BEC vindt plaats wanneer atomen met lage energie samenkomen en dezelfde energietoestand binnengaan, een gebied van uitgebreid onderzoek in de fysica van de 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 toepassingsgerichte 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 quasideeltjes zijn excitaties in BEC, die bepaalde kenmerken van deeltjes hebben.Binnen bepaalde parameterbereiken zorgt dit mechanisme ervoor dat de supergeleidende kritische temperatuur in grafeen kan oplopen tot wel 70 Kelvin.Onderzoekers hebben ook een nieuwe microscopische BCS-theorie ontwikkeld die zich specifiek richt op systemen op basis van nieuw hybride grafeen.Het door hen voorgestelde model voorspelt ook dat de supergeleidende eigenschappen kunnen toenemen met de temperatuur, wat resulteert in een niet-monotone temperatuurafhankelijkheid van de supergeleidende spleet.
Bovendien hebben studies aangetoond dat de Dirac-dispersie van grafeen behouden blijft in dit bogolon-gemedieerde schema.Dit geeft aan dat dit supergeleidende mechanisme elektronen met relativistische dispersie omvat, en dit fenomeen is niet goed onderzocht in de fysica van de gecondenseerde materie.
Dit werk onthult een andere manier om supergeleiding bij 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: 16 juli 2021 
