Supravadītspēja ir fiziska parādība, kurā materiāla elektriskā pretestība noteiktā kritiskā temperatūrā nokrītas līdz nullei.Bārdīna-Kūpera-Šrīfera (BCS) teorija ir efektīvs skaidrojums, kas apraksta supravadītspēju lielākajā daļā materiālu.Tajā norādīts, ka Kūpera elektronu pāri kristāla režģī veidojas pietiekami zemā temperatūrā un ka BCS supravadītspēja rodas to kondensācijas rezultātā.Lai gan pats grafēns ir lielisks elektriskais vadītājs, tam nav BCS supravadītspējas, jo tiek nomākta elektronu-fononu mijiedarbība.Tāpēc lielākā daļa “labo” vadītāju (piemēram, zelts un varš) ir “slikti” supravadītāji.
Pētnieki no Komplekso sistēmu teorētiskās fizikas centra (PCS) Pamatzinātņu institūtā (IBS, Dienvidkoreja) ziņoja par jaunu alternatīvu mehānismu, lai panāktu supravadītspēju grafēnā.Viņi panāca šo varoņdarbu, ierosinot hibrīdu sistēmu, kas sastāv no grafēna un divdimensiju Bozes-Einšteina kondensāta (BEC).Pētījums tika publicēts žurnālā 2D Materials.
Hibrīda sistēma, kas sastāv no elektronu gāzes (augšējā slāņa) grafēnā, kas atdalīta no divdimensiju Bozes-Einšteina kondensāta, ko attēlo netiešie eksitoni (zilais un sarkanais slānis).Grafēna elektronus un eksitoni savieno Kulona spēks.
a ) Supravadošās spraugas atkarība no temperatūras Bogolona starpniecības procesā ar temperatūras korekciju (pārtraukta līnija) un bez temperatūras korekcijas (nepārtraukta līnija).b ) supravadītāja pārejas kritiskā temperatūra kā kondensāta blīvuma funkcija bogolona izraisītai mijiedarbībai ar (sarkana punktēta līnija) un bez (melna nepārtraukta līnija) 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 Einšteins pirmo reizi paredzēja 1924. gadā. BEC veidojas, kad zemas enerģijas atomi pulcējas kopā un nonāk vienā enerģijas stāvoklī, kas ir plašu pētījumu lauks kondensētās vielas fizikā.Hibrīda Bose-Fermi sistēma būtībā atspoguļo elektronu slāņa mijiedarbību ar bozonu slāni, piemēram, netiešajiem eksitoniem, eksitonu-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 supravadīšanas mehānismu grafēnā, kas ir saistīts ar mijiedarbību starp elektroniem un "bogoloniem", nevis fononiem tipiskā BCS sistēmā.Bogoloni jeb Bogoļubova kvazidaļiņas ir BEC ierosmes, kurām piemīt noteiktas daļiņu īpašības.Noteiktos parametru diapazonos šis mehānisms ļauj supravadītspējas kritiskajai temperatūrai grafēnā sasniegt pat 70 kelvinus.Pētnieki ir arī izstrādājuši jaunu mikroskopisku BCS teoriju, kas īpaši koncentrējas uz sistēmām, kuru pamatā ir jauns hibrīds grafēns.Viņu piedāvātais modelis arī paredz, ka supravadīšanas īpašības var palielināties līdz ar temperatūru, kā rezultātā supravadītāja sprauga nav monotoniska temperatūras atkarība.
Turklāt pētījumi ir parādījuši, ka šajā bogolona mediētajā shēmā tiek saglabāta grafēna Dirac dispersija.Tas norāda, ka šis supravadīšanas mehānisms ietver elektronus ar relativistisku dispersiju, un šī parādība kondensēto vielu fizikā nav pietiekami izpētīta.
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.
Publicēšanas laiks: 16. jūlijs 2021 
