Исследователи Центра теоретической физики сложных систем (PCS) Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) сообщили о новом альтернативном механизме достижения сверхпроводимости в графене. Они достигли этого подвига, предложив гибридную систему, состоящую из графена и двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна (BEC). Это исследование опубликовано в журнале 2D Materials.
Наряду со сверхпроводимостью, БЭК – еще одно явление, возникающее при низких температурах. Это пятое состояние вещества, впервые предсказанное Эйнштейном в 1924 году. Образование БЭК происходит, когда атомы с низкой энергией слипаются и входят в одно и то же энергетическое состояние, и это область, которая широко изучается в физике конденсированного состояния. Гибридная бозе-ферми-система по сути представляет собой слой электронов, взаимодействующих со слоем бозонов, таких как непрямые экситоны, экситон-поляритоны и т. Д. Взаимодействие между бозе и ферми-частицами приводит к различным новым увлекательным явлениям, которые вызывают интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения.
В этой работе исследователи сообщают о новом механизме сверхпроводимости в графене, который возникает из-за взаимодействий между электронами и «боголонами», а не фононами, как в типичных системах БКШ. Боголоны, или квазичастицы Боголюбова, – это возбуждение внутри БЭК, которое имеет некоторые характеристики частицы. В определенных диапазонах параметров этот механизм допускает критическую температуру сверхпроводимости до 70 Кельвинов внутри графена. Исследователи также разработали новую микроскопическую теорию BCS, в которой особое внимание уделяется новой гибридной системе на основе графена.
Предложенная ими модель также предсказывает, что сверхпроводящие свойства могут улучшаться с температурой, что приводит к немонотонной температурной зависимости сверхпроводящей щели.
Кроме того, исследование показало, что дираковская дисперсия графена сохраняется в этой схеме, опосредованной боголоном.
Это указывает на то, что в этом сверхпроводящем механизме задействованы электроны с релятивистской дисперсией – явление, которое не так хорошо изучено 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.,"объясняет Иван Савенко, руководитель группы взаимодействия света и материи в наноструктурах (LUMIN) в PCS IBS.