Supravodivost je fyzikální jev, při kterém elektrický odpor materiálu klesá na nulu při určité kritické teplotě. Bardeen-Cooper-Schriefferova (BCS) teorie je efektivním vysvětlením, které popisuje supravodivost ve většině materiálů. Poukazuje na to, že Cooperovy elektronové páry se tvoří v krystalové mřížce při dostatečně nízké teplotě a že BCS supravodivost pochází z jejich kondenzace. Ačkoli je grafen sám o sobě vynikajícím elektrickým vodičem, nevykazuje BCS supravodivost kvůli potlačení interakce elektron-fonon. Proto je většina „dobrých“ vodičů (jako je zlato a měď) „špatnými“ supravodiči.
Výzkumníci z Centra pro teoretickou fyziku komplexních systémů (PCS) v Institutu základních věd (IBS, Jižní Korea) oznámili nový alternativní mechanismus pro dosažení supravodivosti v grafenu. Tohoto úspěchu dosáhli navržením hybridního systému složeného z grafenu a dvourozměrného Bose-Einsteinova kondenzátu (BEC). Výzkum byl publikován v časopise 2D Materials.
Hybridní systém sestávající z elektronového plynu (vrchní vrstva) v grafenu, odděleného od dvourozměrného Bose-Einsteinova kondenzátu, reprezentovaného nepřímými excitony (modrá a červená vrstva). Elektrony a excitony v grafenu jsou vázány Coulombovou silou.
(a) Teplotní závislost supravodivé mezery v procesu zprostředkovaném bogolonem s teplotní korekcí (čárkovaná čára) a bez teplotní korekce (plná čára). (b) Kritická teplota supravodivého přechodu jako funkce hustoty kondenzátu pro interakce zprostředkované bogolonem s (červená čárkovaná čára) a bez (černá plná čára) teplotní korekce. Modrá tečkovaná čára znázorňuje teplotu BKT přechodu jako funkci hustoty kondenzátu.
Kromě supravodivosti je BEC dalším jevem, který se vyskytuje při nízkých teplotách. Je to pátý skupenství hmoty, které poprvé předpověděl Einstein v roce 1924. K tvorbě BEC dochází, když se atomy s nízkou energií shromáždí a vstoupí do stejného energetického stavu, což je oblast rozsáhlého výzkumu ve fyzice kondenzovaných látek. Hybridní systém Bose-Fermi v podstatě představuje interakci vrstvy elektronů s vrstvou bosonů, jako jsou nepřímé excitony, exciton-polarony atd. Interakce mezi částicemi Bose a Fermi vedla k řadě nových a fascinujících jevů, které vzbudily zájem obou stran. Základní a aplikačně orientovaný pohled.
V této práci vědci popsali nový supravodivý mechanismus v grafenu, který je způsoben interakcí mezi elektrony a „bogolony“ spíše než fonony v typickém systému BCS. Bogolony neboli Bogoliubovovy kvazičástice jsou excitace v BEC, které mají určité vlastnosti částic. V určitých rozsazích parametrů tento mechanismus umožňuje dosáhnout kritické teploty supravodivosti v grafenu až 70 Kelvinů. Vědci také vyvinuli novou mikroskopickou teorii BCS, která se konkrétně zaměřuje na systémy založené na novém hybridním grafenu. Model, který navrhli, také předpovídá, že supravodivé vlastnosti se mohou zvyšovat s teplotou, což vede k nemonotonické teplotní závislosti supravodivé mezery.
Studie navíc ukázaly, že Diracova disperze grafenu je v tomto schématu zprostředkovaném bogolonem zachována. To naznačuje, že tento supravodivý mechanismus zahrnuje elektrony s relativistickou disperzí a tento jev nebyl ve fyzice kondenzovaných látek dobře prozkoumán.
Tato práce odhaluje další způsob, jak dosáhnout vysokoteplotní supravodivosti. Zároveň můžeme regulací vlastností kondenzátu upravovat supravodivost grafenu. To ukazuje další způsob, jak v budoucnu řídit supravodivá zařízení.
Čas zveřejnění: 16. července 2021 
