Supergeleiding is 'n fisiese verskynsel waarin die elektriese weerstand van 'n materiaal tot nul daal by 'n sekere kritieke temperatuur. Die Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorie is 'n effektiewe verduideliking wat die supergeleiding in die meeste materiale beskryf. Dit wys daarop dat Cooper-elektronpare in die kristalrooster by 'n voldoende lae temperatuur gevorm word, en dat die BCS-supergeleiding van hul kondensasie afkomstig is. Alhoewel grafeen self 'n uitstekende elektriese geleier is, vertoon dit nie BCS-supergeleiding nie as gevolg van die onderdrukking van elektron-fonon-interaksie. Dit is hoekom die meeste "goeie" geleiers (soos goud en koper) "slegte" supergeleiers is.
Navorsers by die Sentrum vir Teoretiese Fisika van Komplekse Stelsels (PCS) by die Instituut vir Basiese Wetenskap (IBS, Suid-Korea) het 'n nuwe alternatiewe meganisme gerapporteer om supergeleiding in grafeen te bereik. Hulle het hierdie prestasie behaal deur 'n hibriede stelsel voor te stel wat bestaan uit grafeen en tweedimensionele Bose-Einstein-kondensaat (BEC). Die navorsing is in die tydskrif 2D Materials gepubliseer.
'n Hibriede stelsel bestaande uit elektrongas (boonste laag) in grafeen, geskei van die tweedimensionele Bose-Einstein-kondensaat, verteenwoordig deur indirekte eksitone (blou en rooi lae). Die elektrone en eksitone in grafeen word gekoppel deur Coulomb-krag.
(a) Die temperatuurafhanklikheid van die supergeleidende gaping in die bogolon-gemedieerde proses met temperatuurkorreksie (stippellyn) en sonder temperatuurkorreksie (soliede lyn). (b) Die kritieke temperatuur van supergeleidende oorgang as 'n funksie van kondensaatdigtheid vir bogolon-gemedieerde interaksies met (rooi stippellyn) en sonder (swart soliede lyn) temperatuurkorreksie. Die blou stippellyn toon die BKT-oorgangstemperatuur as 'n funksie van kondensaatdigtheid.
Benewens supergeleiding, is BEC nog 'n verskynsel wat by lae temperature voorkom. Dit is die vyfde toestand van materie wat die eerste keer deur Einstein in 1924 voorspel is. Die vorming van BEC vind plaas wanneer lae-energie atome bymekaarkom en dieselfde energietoestand betree, wat 'n veld van uitgebreide navorsing in gekondenseerde materie fisika is. Die hibriede Bose-Fermi-stelsel verteenwoordig in wese die interaksie van 'n laag elektrone met 'n laag bosone, soos indirekte eksitone, eksiton-polarone, ensovoorts. Die interaksie tussen Bose- en Fermi-deeltjies het gelei tot 'n verskeidenheid nuwe en fassinerende verskynsels, wat die belangstelling van beide partye gewek het. Basiese en toepassingsgerigte siening.
In hierdie werk het die navorsers 'n nuwe supergeleidende meganisme in grafeen gerapporteer, wat te wyte is aan die interaksie tussen elektrone en "bogolone" eerder as die fonone in 'n tipiese BCS-stelsel. Bogolone of Bogoliubov-kwasipartikels is opwekkings in BEC, wat sekere eienskappe van deeltjies het. Binne sekere parameterreekse laat hierdie meganisme toe dat die supergeleidende kritieke temperatuur in grafeen so hoog as 70 Kelvin bereik. Navorsers het ook 'n nuwe mikroskopiese BCS-teorie ontwikkel wat spesifiek fokus op stelsels gebaseer op nuwe hibriede grafeen. Die model wat hulle voorgestel het, voorspel ook dat die supergeleidende eienskappe met temperatuur kan toeneem, wat lei tot 'n nie-monotoniese temperatuurafhanklikheid van die supergeleidende gaping.
Daarbenewens het studies getoon dat die Dirac-dispersie van grafeen in hierdie bogolon-gemedieerde skema behoue bly. Dit dui daarop dat hierdie supergeleidende meganisme elektrone met relativistiese dispersie behels, en hierdie verskynsel is nog nie goed ondersoek in gekondenseerde materie-fisika nie.
Hierdie werk onthul nog 'n manier om hoëtemperatuur-supergeleiding te bereik. Terselfdertyd kan ons die supergeleiding van grafeen aanpas deur die eienskappe van die kondensaat te beheer. Dit toon nog 'n manier om supergeleidende toestelle in die toekoms te beheer.
Plasingstyd: 16 Julie 2021 
