Superledning er et fysisk fænomen, hvor den elektriske modstand af et materiale falder til nul ved en bestemt kritisk temperatur.Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorien er en effektiv forklaring, som beskriver superledningsevnen i de fleste materialer.Den påpeger, at Cooper-elektronpar dannes i krystalgitteret ved en tilstrækkelig lav temperatur, og at BCS-superledningsevnen kommer fra deres kondensation.Selvom grafen i sig selv er en fremragende elektrisk leder, udviser den ikke BCS-superledning på grund af undertrykkelsen af elektron-fonon-interaktion.Dette er grunden til, at de fleste "gode" ledere (såsom guld og kobber) er "dårlige" superledere.
Forskere ved Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) ved Institute of Basic Science (IBS, Sydkorea) rapporterede om en ny alternativ mekanisme til at opnå superledning i grafen.De opnåede denne bedrift ved at foreslå et hybridsystem bestående af grafen og todimensionelt Bose-Einstein-kondensat (BEC).Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet 2D Materials.
Et hybridsystem bestående af elektrongas (øverste lag) i grafen, adskilt fra det todimensionelle Bose-Einstein-kondensat, repræsenteret af indirekte excitoner (blå og røde lag).Elektronerne og excitonerne i grafen er koblet med Coulomb-kraft.
(a) Temperaturafhængigheden af det superledende mellemrum i den bogolon-medierede proces med temperaturkorrektion (stiplet linje) og uden temperaturkorrektion (heltrukken linje).(b) Den kritiske temperatur for superledende overgang som funktion af kondensattæthed for bogolon-medierede interaktioner med (rød stiplet linje) og uden (sort optrukket linje) temperaturkorrektion.Den blå stiplede linje viser BKT-overgangstemperaturen som funktion af kondensatets tæthed.
Ud over superledning er BEC et andet fænomen, der opstår ved lave temperaturer.Det er den femte materietilstand, som først blev forudsagt af Einstein i 1924. Dannelsen af BEC sker, når lavenergiatomer samles og går ind i den samme energitilstand, som er et område med omfattende forskning i kondenseret stofs fysik.Det hybride Bose-Fermi-system repræsenterer i det væsentlige interaktionen af et lag af elektroner med et lag af bosoner, såsom indirekte excitoner, exciton-polaroner og så videre.Samspillet mellem Bose og Fermi partikler førte til en række nye og fascinerende fænomener, som vakte interesse hos begge parter.Grundlæggende og applikationsorienteret visning.
I dette arbejde rapporterede forskerne om en ny superledende mekanisme i grafen, som skyldes interaktionen mellem elektroner og "bogoloner" snarere end fononerne i et typisk BCS-system.Bogoloner eller Bogoliubov kvasipartikler er excitationer i BEC, som har visse egenskaber af partikler.Inden for visse parameterområder tillader denne mekanisme den superledende kritiske temperatur i grafen at nå så højt som 70 Kelvin.Forskere har også udviklet en ny mikroskopisk BCS-teori, der specifikt fokuserer på systemer baseret på ny hybrid grafen.Den model, de foreslog, forudsiger også, at de superledende egenskaber kan stige med temperaturen, hvilket resulterer i en ikke-monoton temperaturafhængighed af det superledende mellemrum.
Derudover har undersøgelser vist, at Dirac-spredningen af grafen er bevaret i dette bogolon-medierede skema.Dette indikerer, at denne superledende mekanisme involverer elektroner med relativistisk spredning, og dette fænomen er ikke blevet godt udforsket i fysik af kondenseret stof.
Dette arbejde afslører en anden måde at opnå superledning ved høj temperatur.Samtidig kan vi ved at kontrollere kondensatets egenskaber justere superledningsevnen af grafen.Dette viser en anden måde at styre superledende enheder på i fremtiden.
Indlægstid: 16-jul-2021 
