Ülijuhtivus on füüsiline nähtus, milles materjali elektritakistus langeb teatud kriitilisel temperatuuril nullini. Bardeen-Cooper-Schriefferi (BCS) teooria on tõhus seletus, mis kirjeldab enamiku materjalide ülijuhtivust. See juhib tähelepanu sellele, et Cooper Electroni paarid moodustuvad kristallvõres piisavalt madalal temperatuuril ja et BCS -i ülijuhtivus tuleneb nende kondensatsioonist. Ehkki grafeen ise on suurepärane elektrijuht, ei näita see elektron-fononi interaktsiooni mahasurumise tõttu BCS-i ülitundlikkust. Seetõttu on enamik “häid” juhi (näiteks kuld ja vask) “halvad” ülijuhid.
Põhiteaduse instituudi (IBS, Lõuna -Korea) keerukate süsteemide teoreetilise füüsika keskuse teadlased teatasid uue alternatiivse mehhanismist, et saavutada grafeenis ülijuhtivust. Nad saavutasid selle feat, pakkudes välja hübriidsüsteemi, mis koosneb grafeenist ja kahemõõtmelisest Bose-Einsteiini kondensaadist (BEC). Uuringud avaldati ajakirjas 2D Materials.
Grafeenis sisalduv hübriidsüsteem, mis koosneb elektrongaasist (ülemine kiht), mis on eraldatud kahemõõtmelisest Bose-Einsteini kondensaadist, mida tähistavad kaudsed eksitonid (sinine ja punased kihid). Grafeeni elektronid ja eksitonid on ühendatud Coulombi jõud.
a) Ülijuhtiva lõhe temperatuurist sõltuvus Bogolon-vahendatud protsessis temperatuuri korrigeerimisega (kriipsjoon) ja ilma temperatuuri korrigeerimiseta (tahke joon). (b) Ülijuhtiva ülemineku kriitiline temperatuur kondensaadi tiheduse funktsioonina bogooloni vahendatud interaktsioonide korral (punase kriipsjoonega) ja ilma (musta tahke joone) temperatuuri korrigeerimiseta. Sinine punktiirjoon näitab BKT üleminekutemperatuuri kondensaadi tiheduse funktsioonina.
Lisaks ülijuhtivsusele on BEC veel üks nähtus, mis toimub madalatel temperatuuridel. See on Einsteini poolt 1924. aastal esmakordselt ennustatud mateeria viies seisund. BEC moodustumine toimub siis, kui madala energiatarbega aatomid kogunevad ja sisenevad samasse energiaseisundisse, mis on ulatuslike uuringute valdkond kondenseerunud mateeria füüsikas. Hübriidse bose-fermi süsteem tähistab sisuliselt elektronide kihi koostoimet bosonite kihiga, näiteks kaudsed eksitonid, eksiton-polaronid jne. Bose ja Fermi osakeste koostoime viis mitmesuguste uudsete ja põnevate nähtusteni, mis tekitasid mõlema osapoole huvi. Põhi- ja rakendusele orienteeritud vaade.
Selles töös teatasid teadlased grafeenis uuest ülijuhtivast mehhanismist, mis on tingitud pigem elektronide ja "bogoolonide" vastastikmõjust, mitte tavalise BCS -süsteemis fononitest. Bogoolonid või Bogoliubovi kvaasiosakesed on BEC -s ergutused, millel on osakeste teatud omadused. Teatud parameetrite vahemikus võimaldab see mehhanism grafeeni ülijuhtivat kriitilist temperatuuri ulatuda kuni 70 Kelvinini. Teadlased on välja töötanud ka uue mikroskoopilise BCS -i teooria, mis keskendub spetsiaalselt uutel hübriidfrafeenil põhinevatele süsteemidele. Nende pakutud mudel ennustab ka, et ülejuhistavad omadused võivad temperatuuriga tõusta, mille tulemuseks on mittemonotooniline temperatuurisõltuvus ülijuhtivast lõhest.
Lisaks on uuringud näidanud, et grafeeni Diraci dispersioon säilitatakse selles Bogolon-vahendatud skeemis. See näitab, et see ülijuhtiv mehhanism hõlmab relativistliku dispersiooniga elektrone ja seda nähtust pole kondenseerunud ainefüüsikas hästi uuritud.
See töö näitab veel ühte viisi kõrge temperatuuriga ülijuhtivuse saavutamiseks. Samal ajal saame kondensaadi omadusi kontrollides reguleerida grafeeni ülijuhtivust. See näitab veel ühte viisi tulevikus ülijuhtivate seadmete kontrollimiseks.
Postiaeg: 16. juuli 20121 
