کشف مکانیسم جدید ابررسانایی در گرافن
ابررسانایی پدیده ای فیزیکی است که در آن مقاومت الکتریکی ماده در دمای بحرانی خاص به صفر می رسد. نظریه باردین-کوپر-شریفر (BCS) توضیحی کاملاً منطقی است که ابررسانایی را در بیشتر مواد توصیف می کند. این نظریه بیان می کند که جفت الکترونهای کووپر در شبکه تحت دمای کاملاً کم تشکیل می شوند و ابررسانایی BCS از تراکم آنها بوجود می آید.
در حالی که گرافن خود یک رسانای عالی برق است ، اما به دلیل سرکوب فعل و انفعالات الکترون و فونون ، ابررسانایی BCS را از خود نشان نمی دهد. این نیز دلیل این است که بیشتر رساناهای "خوب" مانند طلا و مس ابررساناهای "بد" هستند.
محققان مرکز فیزیک نظری سیستم های پیچیده (PCS) ، در موسسه علوم پایه (IBS ، کره جنوبی) از مکانیسم جایگزین جدیدی برای دستیابی به ابررسانایی در گرافن خبر داده اند. آنها با پیشنهاد یک سیستم ترکیبی متشکل از گرافن و میعانات دو بعدی بوز- اینشتین (BEC) به این موفقیت دست یافتند.
همراه با ابررسانایی ، BEC پدیده دیگری است که در دماهای پایین بوجود می آید. این پنجمین حالت ماده است که برای اولین بار توسط انیشتین در سال 1924 پیش بینی شده است. شکل گیری BEC زمانی اتفاق می افتد که اتم های کم انرژی با هم جمع می شوند و وارد همان حالت انرژی می شوند ، و این منطقه ای است که به طور گسترده در فیزیک ماده چگال مورد مطالعه قرار می گیرد.
یک سیستم ترکیبی Bose-Fermi اساساً نشان دهنده یک لایه الکترونهایی است که با یک لایه بوزون در تعامل هستند ، مانند اکسیتونهای غیرمستقیم ، اکسیتون-پلاریتونها ، و غیره. تعامل بین ذرات Bose و Fermi منجر به بروز پدیده های جذاب جدیدی می شود ، که از هر دو دیدگاه اساسی و کاربردی نظرات را جلب می نماید.
در این کار ، محققان سازوکار جدیدی از ابررسانایی در گرافن را گزارش می دهند ، که به دلیل فعل و انفعالات بین الکترونها و "بوگلونها" بوجود می آید ، به جای "فونون" به عنوان سیستم های معمول BCS. این بار Bogolon ها یا چهار ذره های Bogoliubov ، محرک درون BEC است که دارای برخی ویژگی های یک ذره است. در محدوده خاصی از پارامترها ، این مکانیسم درجه حرارت بحرانی را برای ابررسانایی تا 70 کلوین درون گرافن مجاز می کند.
محققان همچنین یک نظریه جدید میکروسکوپی BCS ایجاد کردند که به طور خاص بر روی سیستم مبتنی بر گرافن ترکیبی جدید تمرکز دارد. مدل پیشنهادی آنها همچنین پیش بینی می کند که خواص ابررسانا می توانند با دما افزایش یافته و در نتیجه به وابستگی دمایی غیر یکنواخت شکاف ابررسانا منجر شوند.
علاوه بر این ، تحقیقات نشان داد که پراکندگی دیراک گرافن در این طرح بواسطه بوگولون حفظ شده است. این نشان می دهد که این مکانیسم ابررسانا شامل الکترونهایی با پراکندگی نسبی است - پدیده ای که در فیزیک ماده چگال چندان کاوش نشده است.
"این کار، روش دیگری را برای دستیابی به ابررسانایی در دمای بالا نشان می دهد. در همین حال ، با کنترل خصوصیات میعانات ، می توانیم ابررسانایی گرافن را تنظیم کنیم. این کانال دیگری را برای کنترل دستگاه های ابررسانا در آینده پیشنهاد می کند." ، ایوان ساوانکو ، رهبر تیم تعامل ماده سبک در نانوساختارها (LUMIN) در PCS IBS.
