La superconductivitat és un fenomen físic en el qual la resistència elèctrica d'un material cau a zero a una determinada temperatura crítica.La teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) és una explicació eficaç, que descriu la superconductivitat en la majoria de materials.Assenyala que els parells d'electrons de Cooper es formen a la xarxa cristal·lina a una temperatura prou baixa i que la superconductivitat BCS prové de la seva condensació.Tot i que el grafè en si és un excel·lent conductor elèctric, no presenta superconductivitat BCS a causa de la supressió de la interacció electró-fonó.És per això que la majoria dels conductors "bons" (com l'or i el coure) són superconductors "dolents".
Investigadors del Centre de Física Teòrica de Sistemes Complexos (PCS) de l'Institut de Ciències Bàsiques (IBS, Corea del Sud) van informar d'un nou mecanisme alternatiu per aconseguir la superconductivitat en el grafè.Van aconseguir aquesta gesta proposant un sistema híbrid compost per grafè i condensat de Bose-Einstein (BEC) bidimensional.La investigació es va publicar a la revista 2D Materials.
Un sistema híbrid format per gas d'electrons (capa superior) en grafè, separat del condensat bidimensional de Bose-Einstein, representat per excitons indirectes (capes blaves i vermelles).Els electrons i excitons del grafè estan acoblats per la força de Coulomb.
( a ) La dependència de la temperatura del buit superconductor en el procés mediat per bogolon amb correcció de temperatura (línia discontínua) i sense correcció de temperatura (línia sòlida).( b ) La temperatura crítica de la transició superconductora en funció de la densitat del condensat per a les interaccions mediades per bogolon amb (línia discontínua vermella) i sense correcció de temperatura (línia sòlida negra).La línia blava de punts mostra la temperatura de transició BKT en funció de la densitat del condensat.
A més de la superconductivitat, el BEC és un altre fenomen que es produeix a baixes temperatures.És el cinquè estat de la matèria predit per primera vegada per Einstein l'any 1924. La formació de BEC es produeix quan els àtoms de baixa energia s'ajunten i entren en el mateix estat energètic, que és un camp d'investigació extensa en física de la matèria condensada.El sistema híbrid Bose-Fermi representa essencialment la interacció d'una capa d'electrons amb una capa de bosons, com ara excitons indirectes, excitons-polarons, etc.La interacció entre les partícules de Bose i Fermi va donar lloc a una varietat de fenòmens nous i fascinants, que van despertar l'interès d'ambdues parts.Vista bàsica i orientada a l'aplicació.
En aquest treball, els investigadors van informar d'un nou mecanisme superconductor en el grafè, que es deu a la interacció entre electrons i "bogolons" en lloc dels fonons en un sistema BCS típic.Els bogolons o quasipartícules de Bogooliubov són excitacions en BEC, que tenen certes característiques de les partícules.Dins de certs rangs de paràmetres, aquest mecanisme permet que la temperatura crítica superconductora del grafè arribi fins als 70 Kelvin.Els investigadors també han desenvolupat una nova teoria microscòpica BCS que se centra específicament en sistemes basats en el nou grafè híbrid.El model que van proposar també prediu que les propietats superconductores poden augmentar amb la temperatura, donant lloc a una dependència no monòtona de la temperatura del buit superconductor.
A més, els estudis han demostrat que la dispersió de Dirac del grafè es conserva en aquest esquema mediat per bogolon.Això indica que aquest mecanisme superconductor implica electrons amb dispersió relativista, i aquest fenomen no ha estat ben explorat en la física de la matèria condensada.
Aquest treball revela una altra manera d'aconseguir la superconductivitat a alta temperatura.Al mateix temps, controlant les propietats del condensat, podem ajustar la superconductivitat del grafè.Això mostra una altra manera de controlar els dispositius superconductors en el futur.
Hora de publicació: 16-jul-2021 
