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 condensa. Sebbene il grafene stesso sia un eccellente conduttore elettrico, non mostra la superconduttività BCS a causa della soppressione dell'interazione elettronica-fonone. Questo è il motivo per cui la maggior parte dei "buoni" conduttori (come oro e rame) sono superconduttori "cattivi".
I ricercatori del Center for Teorical Physics of Complex Systems (PCS) presso l'Institute of Basic Science (IBS, Corea del Sud) hanno riportato un nuovo meccanismo alternativo per raggiungere la superconduttività nel grafene. Hanno raggiunto questa impresa proponendo un sistema ibrido composto da grafene e condensa bose-einstein bidimensionale (BEC). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista 2D Materials.
Un sistema ibrido costituito da gas elettronico (strato superiore) nel grafene, separato dal condensato bose-einsteina bidimensionale, rappresentato da eccitoni indiretti (strati blu e rossi). Gli elettroni ed eccitoni nel grafene sono accoppiati da Coulomb Force.
(a) La dipendenza dalla temperatura del divario 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 di condensa per le interazioni mediate da Bogolon con la correzione della temperatura (linea tratteggiata rossa) e senza (linea solida nera). La linea blu punteggiata mostra la temperatura di transizione BKT in funzione della densità di condensa.
Oltre alla superconduttività, 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 e entrano nello stesso stato energetico, che è un campo di ampie ricerche 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, polaroni di eccitone e così via. L'interazione tra 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 di superconduttore nel grafene, che è dovuto all'interazione tra elettroni e "bogoloni" piuttosto che i fononi in un tipico sistema BCS. I bogoloni o le quasiparticelle bogoliubov sono eccitazioni in BEC, che hanno alcune caratteristiche delle particelle. All'interno di determinati intervalli di parametri, questo meccanismo consente alla temperatura critica superconduttiva nel grafene di raggiungere fino a 70 Kelvin. I ricercatori hanno anche sviluppato una nuova teoria microscopica di BCS che si concentra specificamente su sistemi basati sul nuovo grafene ibrido. Il modello che hanno proposto prevede anche che le proprietà superconduttori possono aumentare con la temperatura, con conseguente dipendenza da temperatura non monotonica 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 superconduttività ad alta temperatura. Allo stesso tempo, controllando le proprietà della condensa, possiamo regolare la superconduttività del grafene. Questo mostra un altro modo per controllare i dispositivi superconduttori in futuro.
Tempo post: lug-16-2021 
