Supravadītspēja ir fizikāla parādība, kurā materiāla elektriskā pretestība noteiktā kritiskā temperatūrā samazinās līdz nullei. Bardīna-Kūpera-Šrīfera (BCS) teorija ir efektīvs skaidrojums, kas apraksta supravadītspēju lielākajā daļā materiālu. Tā norāda, ka Kūpera elektronu pāri veidojas kristāla režģī pietiekami zemā temperatūrā un ka BCS supravadītspēja rodas no to kondensācijas. Lai gan grafēns pats par sevi ir lielisks elektrības vadītājs, tam nav BCS supravadītspējas elektronu-fononu mijiedarbības nomākšanas dēļ. Tāpēc lielākā daļa "labo" vadītāju (piemēram, zelts un varš) ir "slikti" supravadītāji.
Dienvidkorejas Pamatzinātņu institūta (IBS) Komplekso sistēmu teorētiskās fizikas centra (PCS) pētnieki ziņoja par jaunu alternatīvu mehānismu supravadītspējas sasniegšanai grafēnā. Viņi to panāca, ierosinot hibrīdsistēmu, kas sastāv no grafēna un divdimensiju Bozes-Einšteina kondensāta (BEC). Pētījums tika publicēts žurnālā 2D Materials.
Hibrīda sistēma, kas sastāv no elektronu gāzes (virsējā slāņa) grafēnā, kas atdalīta no divdimensiju Bozes-Einšteina kondensāta, ko attēlo netiešie eksitoni (zilais un sarkanais slānis). Elektronus un eksitonus grafēnā saista Kulona spēks.
(a) Supravadošās spraugas temperatūras atkarība bogolona mediētā procesā ar temperatūras korekciju (punktēta līnija) un bez temperatūras korekcijas (nepārtraukta līnija). (b) Supravadošās pārejas kritiskā temperatūra kā kondensāta blīvuma funkcija bogolona mediētās mijiedarbībās ar (sarkanā punktētā līnija) un bez (melnā nepārtrauktā līnija) temperatūras korekcijas. Zilā punktētā līnija parāda BKT pārejas temperatūru kā kondensāta blīvuma funkciju.
Papildus supravadītspējai, BEC ir vēl viena parādība, kas rodas zemā temperatūrā. Tas ir piektais matērijas stāvoklis, ko pirmo reizi paredzēja Einšteins 1924. gadā. BEC veidošanās notiek, kad zemas enerģijas atomi sapulcējas kopā un nonāk vienā enerģijas stāvoklī, kas ir plašu pētījumu joma kondensēto vielu fizikā. Hibrīda Bose-Fermi sistēma būtībā atspoguļo elektronu slāņa mijiedarbību ar bozonu slāni, piemēram, netiešiem eksitoniem, eksitonu-polaroniem utt. Mijiedarbība starp Bose un Fermi daļiņām radīja dažādas jaunas un aizraujošas parādības, kas izraisīja abu pušu interesi. Pamata un uz pielietojumu orientēts skatījums.
Šajā darbā pētnieki ziņoja par jaunu supravadīšanas mehānismu grafēnā, kas ir saistīts ar elektronu un "bogolonu", nevis fononu mijiedarbību tipiskā BCS sistēmā. Bogoloni jeb Bogoliubova kvazidaļiņas ir ierosmes BEC, kurām piemīt noteiktas daļiņu īpašības. Noteiktos parametru diapazonos šis mehānisms ļauj grafēna supravadīšanas kritiskajai temperatūrai sasniegt pat 70 kelvinus. Pētnieki ir arī izstrādājuši jaunu mikroskopisku BCS teoriju, kas īpaši koncentrējas uz sistēmām, kuru pamatā ir jauns hibrīdgrafēns. Viņu piedāvātais modelis arī paredz, ka supravadīšanas īpašības var palielināties līdz ar temperatūru, kā rezultātā supravadīšanas sprauga nav monotoniska temperatūras atkarība.
Turklāt pētījumi ir parādījuši, ka šajā bogolona mediētajā shēmā tiek saglabāta grafēna Dirac dispersija. Tas norāda, ka šajā supravadīšanas mehānismā ir iesaistīti elektroni ar relatīvistisku dispersiju, un šī parādība nav labi pētīta kondensēto vielu fizikā.
Šis darbs atklāj vēl vienu veidu, kā panākt augstas temperatūras supravadītspēju. Vienlaikus, kontrolējot kondensāta īpašības, mēs varam regulēt grafēna supravadītspēju. Tas parāda vēl vienu veidu, kā nākotnē kontrolēt supravadošas ierīces.
Publicēšanas laiks: 2021. gada 16. jūlijs 
