ابررسانایی یک پدیده فیزیکی است که در آن مقاومت الکتریکی یک ماده در دمای بحرانی خاصی به صفر می‌رسد. نظریه باردین-کوپر-شریففر (BCS) توضیحی مؤثر است که ابررسانایی را در اکثر مواد توصیف می‌کند. این نظریه اشاره می‌کند که جفت‌های الکترون کوپر در شبکه کریستالی در دمای به اندازه کافی پایین تشکیل می‌شوند و ابررسانایی BCS از تراکم آنها ناشی می‌شود. اگرچه گرافن خود یک رسانای الکتریکی عالی است، اما به دلیل سرکوب برهمکنش الکترون-فونون، ابررسانایی BCS را نشان نمی‌دهد. به همین دلیل است که اکثر رساناهای «خوب» (مانند طلا و مس) ابررساناهای «بد» هستند.
محققان مرکز فیزیک نظری سیستم‌های پیچیده (PCS) در موسسه علوم پایه (IBS، کره جنوبی) از یک مکانیسم جایگزین جدید برای دستیابی به ابررسانایی در گرافن خبر دادند. آنها با پیشنهاد یک سیستم هیبریدی متشکل از گرافن و چگالش بوز-اینشتین دوبعدی (BEC) به این دستاورد دست یافتند. این تحقیق در مجله 2D Materials منتشر شده است.
یک سیستم هیبریدی متشکل از گاز الکترونی (لایه بالایی) در گرافن، جدا شده از چگالش بوز-اینشتین دوبعدی، که توسط اکسایتون‌های غیرمستقیم (لایه‌های آبی و قرمز) نشان داده شده است. الکترون‌ها و اکسایتون‌ها در گرافن توسط نیروی کولنی جفت شده‌اند.
(الف) وابستگی دمایی شکاف ابررسانایی در فرآیند واسطه بوگولون با تصحیح دما (خط چین) و بدون تصحیح دما (خط ممتد). (ب) دمای بحرانی گذار ابررسانایی به عنوان تابعی از چگالی میعانات برای برهمکنش‌های واسطه بوگولون با تصحیح دما (خط چین قرمز) و بدون تصحیح دما (خط ممتد سیاه). خط نقطه چین آبی دمای گذار BKT را به عنوان تابعی از چگالی میعانات نشان می‌دهد.
علاوه بر ابررسانایی، BEC پدیده دیگری است که در دماهای پایین رخ می‌دهد. این حالت پنجم ماده است که برای اولین بار توسط انیشتین در سال ۱۹۲۴ پیش‌بینی شد. تشکیل BEC زمانی رخ می‌دهد که اتم‌های کم‌انرژی دور هم جمع می‌شوند و وارد حالت انرژی یکسانی می‌شوند، که زمینه‌ای برای تحقیقات گسترده در فیزیک ماده چگال است. سیستم هیبریدی بوز-فرمی اساساً نشان‌دهنده برهمکنش لایه‌ای از الکترون‌ها با لایه‌ای از بوزون‌ها، مانند اکسایتون‌های غیرمستقیم، اکسایتون-پولارون‌ها و غیره است. برهمکنش بین ذرات بوز و فرمی منجر به پدیده‌های بدیع و جذابی شد که علاقه هر دو طرف را برانگیخت. دیدگاه پایه و کاربردی.
در این کار، محققان یک مکانیسم ابررسانایی جدید در گرافن گزارش کردند که به دلیل برهمکنش بین الکترون‌ها و «بوگولون‌ها» به جای فونون‌ها در یک سیستم BCS معمولی است. بوگولون‌ها یا شبه‌ذرات بوگولیوبوف، برانگیختگی‌هایی در BEC هستند که ویژگی‌های خاصی از ذرات را دارند. در محدوده پارامترهای خاص، این مکانیسم اجازه می‌دهد دمای بحرانی ابررسانایی در گرافن به 70 کلوین برسد. محققان همچنین یک نظریه BCS میکروسکوپی جدید توسعه داده‌اند که به طور خاص بر سیستم‌های مبتنی بر گرافن هیبریدی جدید تمرکز دارد. مدلی که آنها ارائه دادند همچنین پیش‌بینی می‌کند که خواص ابررسانایی می‌تواند با دما افزایش یابد و در نتیجه وابستگی دمایی غیریکنواختی به شکاف ابررسانایی ایجاد شود.
علاوه بر این، مطالعات نشان داده‌اند که پراکندگی دیراک گرافن در این طرح واسطه بوگولون حفظ شده است. این نشان می‌دهد که این مکانیسم ابررسانایی شامل الکترون‌هایی با پراکندگی نسبیتی است و این پدیده در فیزیک ماده چگال به خوبی بررسی نشده است.
این کار راه دیگری را برای دستیابی به ابررسانایی دمای بالا آشکار می‌کند. در عین حال، با کنترل خواص میعانات، می‌توانیم ابررسانایی گرافن را تنظیم کنیم. این روش دیگری را برای کنترل دستگاه‌های ابررسانا در آینده نشان می‌دهد.
زمان ارسال: ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۱ 
