A supercondutividade 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 supercondutividade na maioría dos materiais. Sinala que os pares de electróns de Cooper se forman na rede cristalina a unha temperatura suficientemente baixa e que a supercondutividade BCS provén da súa condensación. Aínda que o grafeno en si mesmo é un excelente condutor eléctrico, non presenta supercondutividade BCS debido á supresión da interacción electrón-fonón. É por iso que a maioría dos "bos" condutores (como o ouro e o cobre) son "malos" supercondutores.
Investigadores do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos (PCS) do Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea do Sur) informaron dun novo mecanismo alternativo para conseguir a supercondutividade no grafeno. Conseguiron esta fazaña propoñendo un sistema híbrido composto de grafeno e condensado de Bose-Einstein bidimensional (BEC). A investigación publicouse na revista 2D Materials.
Un sistema híbrido que consiste en gas de electróns (capa superior) no grafeno, separado do condensado bidimensional de Bose-Einstein, representado por excitóns indirectos (capas azuis e vermellas). Os electróns e os excitóns no grafeno están acoplados pola forza de Coulomb.
(a) A dependencia da temperatura da fenda supercondutora no proceso mediado por bogolóns con corrección da temperatura (liña discontinua) e sen corrección da temperatura (liña continua). (b) A temperatura crítica da transición supercondutora en función da densidade do condensado para as interaccións mediadas por bogolóns con (liña discontinua vermella) e sen (liña continua negra) corrección da temperatura. A liña punteada azul mostra a temperatura de transición BKT en función da densidade do condensado.
Ademais da supercondutividade, a BEC é outro fenómeno que se produce a baixas temperaturas. É o quinto estado da materia predito por primeira vez por Einstein en 1924. A formación de BEC ocorre cando os átomos de baixa enerxía se xuntan e entran no mesmo estado enerxético, o que supón un campo de extensa investigación na física da materia condensada. O sistema híbrido de Bose-Fermi representa esencialmente a interacción dunha capa de electróns cunha capa de bosóns, como excitóns indirectos, excitóns-polaróns, etc. A interacción entre as partículas de Bose e Fermi deu lugar a unha variedade de fenómenos novos e fascinantes, que espertaron o interese de ambas as partes. Visión básica e orientada á aplicación.
Neste traballo, os investigadores informaron dun novo mecanismo supercondutor no grafeno, que se debe á interacción entre os electróns e os "bogolóns" en lugar dos fonóns nun sistema BCS típico. Os bogolóns ou cuasipartículas de Bogoliubov son excitacións no BEC, que teñen certas características propias das partículas. Dentro de certos rangos de parámetros, este mecanismo permite que a temperatura crítica supercondutora no grafeno alcance os 70 Kelvin. Os investigadores tamén desenvolveron unha nova teoría BCS microscópica que se centra especificamente en sistemas baseados no novo grafeno híbrido. O modelo que propuxeron tamén predí que as propiedades supercondutoras poden aumentar coa temperatura, o que resulta nunha dependencia da temperatura non monótona da fenda supercondutora.
Ademais, os estudos demostraron que a dispersión de Dirac do grafeno se conserva neste esquema mediado por bogolons. Isto indica que este mecanismo supercondutor implica electróns con dispersión relativista, e este fenómeno non foi ben explorado na física da materia condensada.
Este traballo revela outra forma de conseguir supercondutividade a alta temperatura. Ao mesmo tempo, ao controlar as propiedades do condensado, podemos axustar a supercondutividade do grafeno. Isto amosa outra forma de controlar os dispositivos supercondutores no futuro.
Data de publicación: 16 de xullo de 2021 
