La superconduttività è un fenomeno fisico in cui la resistenza elettrica di un materiale scende a zero a una certa temperatura critica.La teoria di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) è una spiegazione efficace, che descrive la superconduttività nella maggior parte dei materiali.Sottolinea che le coppie di elettroni di Cooper si formano nel reticolo cristallino a una temperatura sufficientemente bassa e che la superconduttività BCS deriva dalla loro condensazione.Sebbene il grafene stesso sia un eccellente conduttore elettrico, non mostra superconduttività BCS a causa della soppressione dell'interazione elettrone-fonone.Questo è il motivo per cui la maggior parte dei conduttori "buoni" (come l'oro e il rame) sono superconduttori "cattivi".
I ricercatori del Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) dell'Institute of Basic Science (IBS, Corea del Sud) hanno riportato un nuovo meccanismo alternativo per ottenere la superconduttività nel grafene.Hanno raggiunto questa impresa proponendo un sistema ibrido composto da grafene e condensato di Bose-Einstein bidimensionale (BEC).La ricerca è stata pubblicata sulla rivista 2D Materials.
Un sistema ibrido costituito da gas di elettroni (strato superiore) in grafene, separato dal condensato bidimensionale di Bose-Einstein, rappresentato da eccitoni indiretti (strati blu e rosso).Gli elettroni e gli eccitoni nel grafene sono accoppiati dalla forza di Coulomb.
(a) La dipendenza dalla temperatura del gap superconduttore nel processo mediato da bogolon con correzione della temperatura (linea tratteggiata) e senza correzione della temperatura (linea continua).( b ) La temperatura critica della transizione superconduttiva in funzione della densità della condensa per le interazioni mediate da bogolon con (linea tratteggiata rossa) e senza correzione della temperatura (linea continua nera).La linea tratteggiata blu mostra la temperatura di transizione BKT in funzione della densità della condensa.
Oltre alla superconduttività, il BEC è un altro fenomeno che si verifica a basse temperature.È il quinto stato della materia previsto per la prima volta da Einstein nel 1924. La formazione di BEC si verifica quando gli atomi a bassa energia si riuniscono ed entrano nello stesso stato energetico, che è un campo di ricerca approfondita nella fisica della materia condensata.Il sistema ibrido Bose-Fermi rappresenta essenzialmente l'interazione di uno strato di elettroni con uno strato di bosoni, come eccitoni indiretti, eccitoni-polaroni e così via.L'interazione tra le particelle di Bose e Fermi ha portato a una varietà di fenomeni nuovi e affascinanti, che hanno suscitato l'interesse di entrambe le parti.Vista di base e orientata all'applicazione.
In questo lavoro, i ricercatori hanno riportato un nuovo meccanismo superconduttore nel grafene, dovuto all'interazione tra elettroni e "bogoloni" piuttosto che ai fononi in un tipico sistema BCS.Bogolon o quasiparticelle di Bogoliubov sono eccitazioni in BEC, che hanno determinate caratteristiche di particelle.Entro determinati intervalli di parametri, questo meccanismo consente alla temperatura critica superconduttiva nel grafene di raggiungere i 70 Kelvin.I ricercatori hanno anche sviluppato una nuova teoria microscopica BCS che si concentra specificamente sui sistemi basati sul nuovo grafene ibrido.Il modello che hanno proposto prevede anche che le proprietà superconduttive possono aumentare con la temperatura, determinando una dipendenza dalla temperatura non monotona del gap superconduttore.
Inoltre, studi hanno dimostrato che la dispersione di Dirac del grafene è conservata in questo schema mediato da bogolon.Ciò indica che questo meccanismo superconduttore coinvolge elettroni con dispersione relativistica, e questo fenomeno non è stato ben esplorato nella fisica della materia condensata.
Questo lavoro rivela un altro modo per ottenere la superconduttività ad alta temperatura.Allo stesso tempo, controllando le proprietà del condensato, possiamo regolare la superconduttività del grafene.Questo mostra un altro modo per controllare i dispositivi superconduttori in futuro.
Tempo di pubblicazione: 16-lug-2021 
