В сверхпроводимости, физическом явлении, электрическое сопротивление материала падает до нуля при определенной критической температуре.

Сверхпроводимость в большинстве материалов описывается хорошо известным объяснением – теорией Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Согласно этой теории, куперовские пары электронов образуются в решетке при достаточно низкой температуре, и сверхпроводимость БКШ возникает в результате их конденсации

.

Графен считается отличным проводником электричества и не демонстрирует сверхпроводимость БКШ, поскольку электрон-фононные взаимодействия в этом материале подавлены. Вот почему большинство «хороших» проводников, таких как медь и золото, обычно являются «плохими» сверхпроводниками.

Ученые Центра теоретической физики сложных систем (PCS) Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) придумали инновационный альтернативный механизм реализации сверхпроводимости в графене.

Это стало возможным благодаря гибридной системе, включающей графен и двумерный конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК). Это исследование было опубликовано в журнале 2D Materials .

БЭК – еще одно явление, которое происходит при низких температурах и похоже на сверхпроводимость. Это пятое состояние вещества, впервые предложенное Эйнштейном в 1924 году. БЭК образуется, когда низкоэнергетические атомы группируются вместе и достигают одного и того же энергетического состояния. Это широко изучаемая область исследований в области физики конденсированного состояния.

Гибридная бозе-ферми-система обычно представляет собой слой электронов, который взаимодействует со слоем бозонов, таких как экситон-поляритоны, непрямые экситоны и т. Д. Взаимодействие между бозе-ферми-частицами приводит к нескольким новым явлениям, которые привлекают внимание со стороны как базовая, так и прикладная точки зрения.

Исследователи этого исследования описывают новый механизм сверхпроводимости в графене, который возникает в результате взаимодействий между электронами и «боголонами», а не фононами, как в стандартных системах BCS. Боголоны, также называемые квазичастицами Боголюбова, представляют собой возбуждения, возникающие внутри БЭК, который проявляет несколько свойств частицы.

В некоторых диапазонах параметров этот механизм обеспечивает критическую температуру сверхпроводимости до 70 К внутри графена. Более того, команда сформулировала новую микроскопическую теорию BCS, в которой особое внимание уделяется новой гибридной системе на основе графена

.

Предлагаемая модель предполагает, что сверхпроводящие свойства могут быть улучшены с температурой, что приводит к немонотонной температурной зависимости сверхпроводящей щели.

Исследование также продемонстрировало, что в этой схеме, опосредованной боголоном, сохраняется дираковская дисперсия графена. То есть в этом сверхпроводящем механизме задействованы электроны с релятивистской дисперсией – явление, не очень хорошо изученное в физике конденсированного состояния.

Эта работа проливает свет на альтернативный способ достижения высокотемпературной сверхпроводимости. Между тем, контролируя свойства конденсата, мы можем настроить сверхпроводимость графена. Это предполагает еще один канал для управления сверхпроводниковыми устройствами в будущем .

Иван Савенко, руководитель группы взаимодействия света и вещества в наноструктурах, Теоретическая физика сложных систем, Институт фундаментальных наук

Ссылка на журнал:

Sun, M., и др. . (2021) Сверхпроводимость в графене, опосредованная конденсатом Бозе – Эйнштейна. 2D материалы . doi.org/10.1088/2053-1583/ac0b49.

Источник: https://www.ibs.re.kr/eng.do[19459009visible