Superaduktivitāte ir fiziska parādība, kurā materiāla elektriskā pretestība noteiktā kritiskā temperatūrā pazeminās līdz nullei. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorija ir efektīvs skaidrojums, kas apraksta lielāko daļu materiālu supravadītspēju. Tas norāda, ka Cooper elektronu pāri veidojas kristāla režģī pietiekami zemā temperatūrā un ka BCS supravadītspēja rodas no to kondensācijas. Lai arī pats grafēns ir lielisks elektriskais diriģents, tam nav BCS supravadītspējas, pateicoties elektronu-phonona mijiedarbības nomākšanai. Tāpēc vairums “labo” vadītāju (piemēram, zelts un varš) ir “slikti” supravadītāji.
Pamatzinātnes institūta (IBS, Dienvidkoreja) pētnieki (IBS, Dienvidkoreja) ziņoja par jaunu alternatīvu mehānismu, lai sasniegtu supervadītspēju grafēnā. Viņi to sasniedza, ierosinot hibrīda sistēmu, kas sastāv no grafēna un divdimensiju Bose-Einšteina kondensāta (BEC). Pētījums tika publicēts žurnālā 2D Materials.
Hibrīda sistēma, kas sastāv no elektronu gāzes (augšējā slāņa) grafēnā, atdalīta no divdimensiju Bose-Einšteina kondensāta, ko attēlo netiešie eksitoni (zili un sarkani slāņi). Elektroni un eksitoni grafēnā ir savienoti ar Kulona spēku.
(A) Superhavades spraugas atkarība no temperatūras bogolona starpniecībā ar temperatūras korekciju (pārtraukta līnija) un bez temperatūras korekcijas (cietā līnija). (b) Supervadīšanas pārejas kritiskā temperatūra kā kondensāta blīvuma funkcija Bogolon starpniecībai ar mijiedarbību ar (sarkanā punktveida līniju) un bez (melnās cietās līnijas) temperatūras korekcijas. Zilā punktētā līnija parāda BKT pārejas temperatūru kā kondensāta blīvuma funkciju.
Papildus supravadītspējai BEC ir vēl viena parādība, kas notiek zemā temperatūrā. Tas ir piektais matērijas stāvoklis, ko pirmo reizi prognozēja Einšteins 1924. gadā. BEC veidošanās notiek, kad zemas enerģijas atomi pulcējas kopā un nonāk tajā pašā enerģijas stāvoklī, kas ir plaša pētījumu joma kondensētās vielas fizikā. Hibrīda Bose-Fermi sistēma būtībā apzīmē elektronu slāņa mijiedarbību ar bozonu slāni, piemēram, netiešiem eksitoniem, eksitona-polaroniem utt. Bose un Fermi daļiņu mijiedarbība izraisīja dažādas jaunas un aizraujošas parādības, kas izraisīja abu pušu interesi. Pamata un uz lietojumprogrammu orientēts skats.
Šajā darbā pētnieki ziņoja par jaunu supravadošu mehānismu grafēnā, kas ir saistīts ar mijiedarbību starp elektroniem un “bogoloniem”, nevis fononiem tipiskā BCS sistēmā. Bogolons vai Bogoliubov kvazipartikas ir uzbudinājumi BEC, kuriem ir noteiktas daļiņu īpašības. Dažos parametru diapazonos šis mehānisms ļauj supravadošajai kritiskajai temperatūrai grafēnā sasniegt pat 70 kelvinu. Pētnieki ir arī izstrādājuši jaunu mikroskopisko BCS teoriju, kas īpaši koncentrējas uz sistēmām, kuru pamatā ir jauns hibrīda grafēns. Viņu ierosinātais modelis arī paredz, ka supravadošās īpašības var palielināties līdz ar temperatūru, kā rezultātā supervadīšanas plaisa nav monotoniska temperatūras atkarība.
Turklāt pētījumi parādīja, ka šajā Bogolona mediētajā shēmā tiek saglabāta grafēna Dirac izkliede. Tas norāda, ka šis supravadošais mehānisms ietver elektronus ar relativistisku izkliedi, un šī parādība nav labi izpētīta kondensētās vielas fizikā.
Šis darbs atklāj vēl vienu veidu, kā sasniegt augstas temperatūras supravadītspēju. Tajā pašā laikā, kontrolējot kondensāta īpašības, mēs varam pielāgot grafēna supravadītspēju. Tas parāda vēl vienu veidu, kā nākotnē kontrolēt supravadošās ierīces.
Pasta laiks: jūlijs-16-2021 
