Ülijuhtivus on füüsikaline nähtus, mille puhul materjali elektritakistus langeb teatud kriitilisel temperatuuril nullini. Bardeen-Cooper-Schriefferi (BCS) teooria on efektiivne seletus, mis kirjeldab enamiku materjalide ülijuhtivust. See toob välja, et Cooperi elektronpaarid moodustuvad kristallvõres piisavalt madalal temperatuuril ja et BCS-ülijuhtivus tuleneb nende kondenseerumisest. Kuigi grafeen ise on suurepärane elektrijuht, ei ole sellel BCS-ülijuhtivust elektron-foonon interaktsiooni pärssimise tõttu. Seetõttu on enamik "häid" juhte (näiteks kuld ja vask) "halvad" ülijuhid.
Lõuna-Korea IBS-i baasteaduste instituudi komplekssüsteemide teoreetilise füüsika keskuse (PCS) teadlased teatasid uuest alternatiivsest mehhanismist grafeeni ülijuhtivuse saavutamiseks. Nad saavutasid selle saavutuse, pakkudes välja hübriidsüsteemi, mis koosneb grafeenist ja kahemõõtmelisest Bose-Einsteini kondensaadist (BEC). Uuring avaldati ajakirjas 2D Materials.
Hübriidsüsteem, mis koosneb grafeeni elektrongaasist (ülemine kiht), mis on eraldatud kahemõõtmelisest Bose-Einsteini kondensaadist ja mida esindavad kaudsed eksitonid (sinine ja punane kiht). Grafeeni elektronid ja eksitonid on omavahel seotud Coulombi jõuga.
(a) Ülijuhtiva pilu temperatuurisõltuvus bogolon-vahendatud protsessis temperatuurikorrektsiooniga (katkendlik joon) ja ilma temperatuurikorrektsioonita (pidev joon). (b) Ülijuhtiva ülemineku kriitiline temperatuur kondensaadi tiheduse funktsioonina bogolon-vahendatud interaktsioonide korral temperatuurikorrektsiooniga (punane katkendlik joon) ja ilma (must pidev joon). Sinine punktiirjoon näitab BKT üleminekutemperatuuri kondensaadi tiheduse funktsioonina.
Lisaks ülijuhtivusele on BEC veel üks nähtus, mis esineb madalatel temperatuuridel. See on viies aine olek, mille Einstein ennustas esmakordselt 1924. aastal. BEC moodustumine toimub siis, kui madala energiaga aatomid kogunevad kokku ja sisenevad samasse energiaolekusse, mis on kondenseerunud aine füüsikas ulatuslike uuringute valdkond. Hübriidne Bose-Fermi süsteem esindab sisuliselt elektronkihi interaktsiooni bosonite kihiga, näiteks kaudsete eksitonide, eksiton-polaronide jne. Bose ja Fermi osakeste vaheline interaktsioon viis mitmete uudsete ja põnevate nähtusteni, mis äratasid mõlema poole huvi. Põhiline ja rakenduslik vaade.
Selles töös teatasid teadlased grafeeni uuest ülijuhtivusmehhanismist, mis tuleneb elektronide ja "bogolonite" vastastikmõjust, mitte tüüpilises BCS-süsteemis olevate foononite vastastikmõjust. Bogolonid ehk Bogoliubovi kvaasiosakesed on BEC-s ergastused, millel on teatud osakeste omadused. Teatud parameetrite vahemikes võimaldab see mehhanism grafeeni ülijuhtivuse kriitilisel temperatuuril ulatuda kuni 70 kelvinini. Teadlased on välja töötanud ka uue mikroskoopilise BCS-teooria, mis keskendub spetsiaalselt uuel hübriidgrafeenil põhinevatele süsteemidele. Nende pakutud mudel ennustab ka, et ülijuhtivusomadused võivad temperatuuriga suureneda, mille tulemuseks on ülijuhtivuse tühimiku mittemonotoonne temperatuurisõltuvus.
Lisaks on uuringud näidanud, et grafeeni Diraci dispersioon säilib selles bogoloni vahendatud skeemis. See näitab, et see ülijuhtiv mehhanism hõlmab relativistliku dispersiooniga elektrone ja seda nähtust pole kondenseerunud aine füüsikas hästi uuritud.
See töö paljastab veel ühe viisi kõrgtemperatuurse ülijuhtivuse saavutamiseks. Samal ajal saame kondensaadi omadusi kontrollides reguleerida grafeeni ülijuhtivust. See näitab veel ühte viisi ülijuhtivate seadmete juhtimiseks tulevikus.
Postituse aeg: 16. juuli 2021 
