A superconductividade é un fenómeno físico no que a resistencia eléctrica dun material cae a cero a unha determinada temperatura crítica. A teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) é unha explicación eficaz, que describe a superconductividade na maioría dos materiais. Sinala que os pares de electróns de Cooper fórmanse no enreixado de cristal a unha temperatura suficientemente baixa e que a superconductividade BCS provén da súa condensación. Aínda que o grafeno en si é un excelente condutor eléctrico, non presenta superconductividade BCS debido á supresión da interacción electrón-fonón. É por iso que a maioría dos condutores "bos" (como o ouro e o cobre) son supercondutores "malos".
Investigadores do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos (PC) do Instituto de Ciencias Básicas (SII, Corea do Sur) informaron dun novo mecanismo alternativo para lograr a superconductividade no grafeno. Conseguiron esta fazaña propoñendo un sistema híbrido composto por grafeno e condensado bose-einstein bidimensional (BEC). A investigación publicouse no Journal 2D Materials.
Un sistema híbrido composto por gas electrónico (capa superior) en grafeno, separado do condensado bosa bose-einstein bidimensional, representado por excitóns indirectos (capas azuis e vermellas). Os electróns e excitóns no grafeno están acoplados por Coulomb Force.
(a) A dependencia da temperatura da brecha superconductora no proceso mediado por bogolón coa corrección de temperatura (liña guionada) e sen corrección de temperatura (liña sólida). (b) A temperatura crítica da transición superconductora en función da densidade de condensado para as interaccións mediadas por bogolon con (liña vermella) e sen corrección de temperatura (liña sólida negra). A liña de puntos azuis mostra a temperatura de transición BKT en función da densidade de condensado.
Ademais da superconductividade, BEC é outro fenómeno que se produce a baixas temperaturas. É o quinto estado de materia previsto por Einstein en 1924. A formación de BEC prodúcese cando os átomos de baixa enerxía se reúnen e entran no mesmo estado enerxético, que é un campo de extensa investigación en física de materia condensada. O sistema híbrido bose-fermi representa esencialmente a interacción dunha capa de electróns cunha capa de bosóns, como excitóns indirectos, polaróns excitones, etc. A interacción entre as partículas Bose e Fermi levou a unha variedade de fenómenos novedosos e fascinantes, que espertou o interese de ambas as partes. Vista básica e orientada á aplicación.
Neste traballo, os investigadores informaron dun novo mecanismo de superconducting no grafeno, que se debe á interacción entre electróns e "bogolóns" máis que aos fonóns nun sistema típico BCS. Os bogolóns ou as quasipartículas de Bogoliubov son excitacións en BEC, que teñen certas características das partículas. Dentro de determinados intervalos de parámetros, este mecanismo permite que a temperatura crítica superconducta no grafeno alcance ata 70 kelvin. Os investigadores tamén desenvolveron unha nova teoría microscópica BCS que se centra específicamente nos sistemas baseados no novo grafeno híbrido. O modelo que propuxeron tamén prevé que as propiedades superconductoras poden aumentar coa temperatura, obtendo unha dependencia da temperatura non monotónica da brecha superconductora.
Ademais, estudos demostraron que a dispersión de Dirac do grafeno consérvase neste esquema mediado por bogolón. Isto indica que este mecanismo de superconductor implica electróns con dispersión relativista e este fenómeno non foi ben explorado na física de materia condensada.
Este traballo revela outro xeito de conseguir unha superconductividade de alta temperatura. Ao mesmo tempo, controlando as propiedades do condensado, podemos axustar a superconductividade do grafeno. Isto mostra outro xeito de controlar os dispositivos superconductores no futuro.
Tempo de publicación: xul-16-2021 
