Supravodivost je fyzický jev, ve kterém elektrický odpor materiálu klesá na nulu při určité kritické teplotě. Teorie Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) je účinným vysvětlením, které popisuje supravodivost ve většině materiálů. Poukazuje na to, že páry elektronů Cooper se vytvářejí v krystalové mřížce při dostatečné nízké teplotě a že supravodivost BCS pochází z jejich kondenzace. Ačkoli samotný grafen je vynikajícím elektrickým vodičem, nevykazuje supravodivost BCS v důsledku potlačení interakce s elektronem a phononem. To je důvod, proč většina „dobrých“ vodičů (jako je zlato a měď) jsou „špatné“ supravodiče.
Vědci v Centru pro teoretickou fyziku komplexních systémů (PCS) na Institutu základní vědy (IBS, Jižní Korea) vykázali nový alternativní mechanismus k dosažení supravodivosti v grafenu. Dosáhli tohoto výkonu navrhováním hybridního systému složeného z grafenu a dvourozměrného Bose-einsteinového kondenzátu (BEC). Výzkum byl publikován v časopise 2D Materials.
Hybridní systém sestávající z elektronového plynu (horní vrstva) v grafenu, oddělený od dvourozměrného Bose-einsteinového kondenzátu, reprezentovaný nepřímými excitony (modré a červené vrstvy). Elektrony a excitony v grafenu jsou spojeny Coulomb Force.
(a) Teplotní závislost supravodivé mezery v procesu zprostředkovaném bogolonem s korekcí teploty (přerušovaná čára) a bez korekce teploty (plná čára). (b) Kritická teplota přechodu supravodivého přechodu jako funkce hustoty kondenzátu pro interakce zprostředkované bogolonem s (červenou přerušovanou čárou) a bez korekce teploty (černé plné čáry). Modrá tečkovaná čára ukazuje teplotu přechodu BKT jako funkce hustoty kondenzátu.
Kromě supravodivosti je BEC dalším jevem, který se vyskytuje při nízkých teplotách. Je to pátý stav hmoty, který Einstein poprvé předpovídal v roce 1924. K vytvoření BEC dochází, když se atomy s nízkou energií shromažďují a vstupují do stejného energetického stavu, což je oblast rozsáhlého výzkumu ve fyzice kondenzované hmoty. Hybridní systém Bose-Fermi v podstatě představuje interakci vrstvy elektronů s vrstvou bosonů, jako jsou nepřímé excitony, excitonové polany atd. Interakce mezi částicemi Bose a Fermi vedla k řadě nových a fascinujících jevů, které vzbudily zájem obou stran. Základní a aplikační pohled.
V této práci vědci vykázali nový supravodivý mechanismus v grafenu, který je způsoben interakcí mezi elektrony a „bogolony“ spíše než fonony v typickém systému BCS. Bogolony nebo bogoliubovové kvazičástice jsou excitace v BEC, které mají určité vlastnosti částic. V rámci určitých rozsahů parametrů tento mechanismus umožňuje supravodivé kritické teplotě v grafenu dosáhnout až 70 Kelvin. 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 má za následek nemonotonickou teplotní závislost supravodivé mezery.
Studie navíc ukázaly, že disperze Graphenu DIRAC je v tomto schématu zprostředkovaném bogolonem zachována. To ukazuje, že tento supravodivý mechanismus zahrnuje elektrony s relativistickou disperzí a tento jev nebyl dobře prozkoumán ve fyzice kondenzované hmoty.
Tato práce odhaluje jiný způsob, jak dosáhnout vysokoteplotní supravodivosti. Současně kontrolou vlastností kondenzátu můžeme upravit supravodivost grafenu. To ukazuje další způsob, jak v budoucnu ovládat supravodivá zařízení.
Čas příspěvku: Jul-16-2021 
