Звышправоднасць — гэта фізічная з'ява, пры якой электрычнае супраціўленне матэрыялу падае да нуля пры пэўнай крытычнай тэмпературы. Тэорыя Бардзіна-Купера-Шрыфера (БКШ) з'яўляецца эфектыўным тлумачэннем, якое апісвае звышправоднасць у большасці матэрыялаў. Яна паказвае, што электронныя пары Купера ўтвараюцца ў крышталічнай рашотцы пры дастаткова нізкай тэмпературы, і што звышправоднасць БКШ узнікае ў выніку іх кандэнсацыі. Нягледзячы на тое, што графен сам па сабе з'яўляецца выдатным электрычным правадніком, ён не праяўляе звышправоднасці БКШ з-за падаўлення электрон-фаноннага ўзаемадзеяння. Вось чаму большасць «добрых» праваднікоў (такіх як золата і медзь) з'яўляюцца «дрэннымі» звышправоднікамі.
Даследчыкі з Цэнтра тэарэтычнай фізікі складаных сістэм (PCS) пры Інстытуце фундаментальных навук (IBS, Паўднёвая Карэя) паведамілі пра новы альтэрнатыўны механізм дасягнення звышправоднасці ў графене. Яны дасягнулі гэтага, прапанаваўшы гібрыдную сістэму, якая складаецца з графена і двухмернага кандэнсату Бозэ-Эйнштэйна (BEC). Даследаванне было апублікавана ў часопісе 2D Materials.
Гібрыдная сістэма, якая складаецца з электроннага газу (верхні пласт) у графене, аддзеленага ад двухмернага кандэнсату Бозэ-Эйнштэйна, прадстаўленага ўскоснымі эксітонамі (сіні і чырвоны пласты). Электроны і эксітоны ў графене звязаны сілай Кулона.
(а) Тэмпературная залежнасць звышправоднай шчыліны ў працэсе, апасродкаваным богалонам, з карэкцыяй тэмпературы (пунцірная лінія) і без карэкцыі тэмпературы (суцэльная лінія). (б) Крытычная тэмпература звышправоднага пераходу як функцыя шчыльнасці кандэнсату для богалонавых узаемадзеянняў з (чырвоная пунцірная лінія) і без (чорная суцэльная лінія) карэкцыі тэмпературы. Сіняя пунцірная лінія паказвае тэмпературу пераходу BKT як функцыю шчыльнасці кандэнсату.
Акрамя звышправоднасці, БЭК — гэта яшчэ адна з'ява, якая адбываецца пры нізкіх тэмпературах. Гэта пяты стан рэчыва, упершыню прадказаны Эйнштэйнам у 1924 годзе. Утварэнне БЭК адбываецца, калі нізкаэнергетычныя атамы збіраюцца разам і пераходзяць у адзін і той жа энергетычны стан, што з'яўляецца вобласцю шырокіх даследаванняў у фізіцы кандэнсаванага стану. Гібрыдная сістэма Бозэ-Фермі па сутнасці ўяўляе сабой узаемадзеянне пласта электронаў са пластом базонаў, такіх як ускосныя эксітоны, эксітон-паляроны і г.д. Узаемадзеянне паміж часціцамі Бозэ і Фермі прывяло да розных новых і захапляльных з'яў, якія выклікалі цікавасць абодвух бакоў. Базавы і прыкладны погляд.
У гэтай працы даследчыкі паведамілі пра новы механізм звышправоднасці ў графене, які абумоўлены ўзаемадзеяннем электронаў і «багалонаў», а не фанонаў у тыповай сістэме БКС. Багалоны або квазічасціцы Багалюбава — гэта ўзбуджэнні ў БЭК, якія маюць пэўныя характарыстыкі часціц. У пэўных дыяпазонах параметраў гэты механізм дазваляе крытычнай тэмпературы звышправоднасці ў графене дасягаць 70 Кельвінаў. Даследчыкі таксама распрацавалі новую мікраскапічную тэорыю БКС, якая спецыяльна сканцэнтравана на сістэмах на аснове новага гібрыднага графена. Прапанаваная імі мадэль таксама прадказвае, што звышправодныя ўласцівасці могуць павялічвацца з тэмпературай, што прыводзіць да неманатоннай тэмпературнай залежнасці звышправоднай шчыліны.
Акрамя таго, даследаванні паказалі, што ў гэтай схеме, апасродкаванай богалонам, захоўваецца дыракавая дысперсія графена. Гэта сведчыць аб тым, што гэты звышправодны механізм уключае электроны з рэлятывісцкай дысперсіяй, і гэтая з'ява недастаткова вывучана ў фізіцы кандэнсаванага стану.
Гэтая праца адкрывае яшчэ адзін спосаб дасягнення высокатэмпературнай звышправоднасці. Адначасова, кантралюючы ўласцівасці кандэнсату, мы можам рэгуляваць звышправоднасць графена. Гэта паказвае яшчэ адзін спосаб кіравання звышправоднымі прыладамі ў будучыні.
Час публікацыі: 16 ліпеня 2021 г. 
