Süperiletkenlik, bir malzemenin elektrik direncinin belirli bir kritik sıcaklıkta sıfıra düştüğü fiziksel bir olgudur. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorisi, çoğu malzemedeki süperiletkenliği açıklayan etkili bir açıklamadır. Cooper elektron çiftlerinin kristal kafeste yeterince düşük bir sıcaklıkta oluştuğunu ve BCS süperiletkenliğinin bunların yoğunlaşmasından kaynaklandığını belirtir. Grafenin kendisi mükemmel bir elektrik iletkeni olmasına rağmen, elektron-fonon etkileşiminin baskılanması nedeniyle BCS süperiletkenliği göstermez. Bu nedenle çoğu "iyi" iletken (altın ve bakır gibi) "kötü" süperiletkendir.
Güney Kore, IBS'deki Temel Bilimler Enstitüsü'ne bağlı Karmaşık Sistemler Teorik Fiziği Merkezi'ndeki (PCS) araştırmacılar, grafende süperiletkenlik elde etmek için yeni bir alternatif mekanizma bildirdiler. Bu başarıyı, grafen ve iki boyutlu Bose-Einstein kondensatından (BEC) oluşan hibrit bir sistem önererek elde ettiler. Araştırma, 2D Materials dergisinde yayınlandı.
Grafendeki elektron gazından (üst katman) oluşan ve dolaylı eksitonlarla (mavi ve kırmızı katmanlar) temsil edilen iki boyutlu Bose-Einstein kondensatından ayrılmış hibrit bir sistem. Grafendeki elektronlar ve eksitonlar Coulomb kuvvetiyle birbirine bağlanmıştır.
(a) Bogolon aracılı süreçte süperiletken boşluğun sıcaklık düzeltmesiyle (kesikli çizgi) ve sıcaklık düzeltmesi olmadan (düz çizgi) sıcaklık bağımlılığı. (b) Bogolon aracılı etkileşimler için (kırmızı kesikli çizgi) ve sıcaklık düzeltmesi olmadan (siyah düz çizgi) süperiletken geçişinin kritik sıcaklığı, kondens yoğunluğuna bağlı olarak. Mavi noktalı çizgi, BKT geçiş sıcaklığını kondens yoğunluğuna bağlı olarak göstermektedir.
Süperiletkenliğe ek olarak, BEC düşük sıcaklıklarda meydana gelen bir diğer olgudur. İlk olarak Einstein tarafından 1924'te öngörülen maddenin beşinci halidir. BEC'in oluşumu, düşük enerjili atomların bir araya gelip aynı enerji haline girmesiyle meydana gelir ve bu, yoğun madde fiziğinde kapsamlı bir araştırma alanıdır. Hibrit Bose-Fermi sistemi, esasen bir elektron tabakasının, dolaylı eksitonlar, eksiton-polaronlar vb. gibi bir bozon tabakasıyla etkileşimini temsil eder. Bose ve Fermi parçacıkları arasındaki etkileşim, her iki tarafın da ilgisini çeken çeşitli yeni ve büyüleyici olgulara yol açmıştır. Temel ve uygulamaya yönelik görüş.
Bu çalışmada araştırmacılar, tipik bir BCS sistemindeki fononlar yerine elektronlar ve "bogolonlar" arasındaki etkileşimden kaynaklanan grafende yeni bir süperiletken mekanizma bildirdiler. Bogolonlar veya Bogoliubov kuazi parçacıkları, belirli parçacık özelliklerine sahip olan BEC'deki uyarımlardır. Belirli parametre aralıklarında, bu mekanizma grafendeki süperiletken kritik sıcaklığın 70 Kelvin'e kadar ulaşmasını sağlar. Araştırmacılar ayrıca, özellikle yeni hibrit grafene dayalı sistemlere odaklanan yeni bir mikroskobik BCS teorisi geliştirdiler. Önerdikleri model ayrıca, süperiletkenlik özelliklerinin sıcaklıkla artabileceğini ve bunun sonucunda süperiletkenlik aralığının monoton olmayan bir sıcaklık bağımlılığına sahip olacağını öngörüyor.
Ayrıca, çalışmalar grafenin Dirac dispersiyonunun bu bogolon aracılı şemada korunduğunu göstermiştir. Bu, bu süperiletken mekanizmanın göreli dispersiyonlu elektronları içerdiğini ve bu olgunun yoğun madde fiziğinde yeterince araştırılmadığını göstermektedir.
Bu çalışma, yüksek sıcaklık süperiletkenliğine ulaşmanın başka bir yolunu ortaya koyuyor. Aynı zamanda, yoğunlaşmanın özelliklerini kontrol ederek grafenin süperiletkenliğini ayarlayabiliriz. Bu, gelecekte süperiletken cihazları kontrol etmenin başka bir yolunu gösteriyor.
Gönderi zamanı: 16 Temmuz 2021 
