Superpërçueshmëria është një fenomen fizik në të cilin rezistenca elektrike e një materiali bie në zero në një temperaturë të caktuar kritike. Teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) është një shpjegim efektiv, i cili përshkruan superpërçueshmërinë në shumicën e materialeve. Ajo thekson se çiftet e elektroneve të Cooper formohen në rrjetën kristalore në një temperaturë mjaftueshëm të ulët dhe se superpërçueshmëria BCS vjen nga kondensimi i tyre. Edhe pse vetë grafeni është një përçues i shkëlqyer elektrik, ai nuk shfaq superpërçueshmëri BCS për shkak të shtypjes së bashkëveprimit elektron-fonon. Kjo është arsyeja pse shumica e përçuesve "të mirë" (si ari dhe bakri) janë superpërçues "të këqij".
Studiuesit në Qendrën për Fizikë Teorike të Sistemeve Komplekse (PCS) në Institutin e Shkencave Bazë (IBS, Koreja e Jugut) raportuan një mekanizëm të ri alternativ për të arritur superpërçueshmëri në grafen. Ata e arritën këtë duke propozuar një sistem hibrid të përbërë nga grafeni dhe kondensata dy-dimensionale Bose-Ajnshtajn (BEC). Hulumtimi u botua në revistën 2D Materials.
Një sistem hibrid i përbërë nga gaz elektronik (shtresa e sipërme) në grafen, i ndarë nga kondensata dy-dimensionale Bose-Ajnshtajn, e përfaqësuar nga eksitone indirekte (shtresa blu dhe të kuqe). Elektronet dhe eksitonet në grafen janë të çiftëzuara nga forca e Kulombit.
(a) Varësia nga temperatura e boshllëkut superpërçues në procesin e ndërmjetësuar nga bogoloni me korrigjim të temperaturës (vijë e ndërprerë) dhe pa korrigjim të temperaturës (vijë e plotë). (b) Temperatura kritike e tranzicionit superpërçues si një funksion i dendësisë së kondensatës për bashkëveprimet e ndërmjetësuara nga bogoloni me (vijë e kuqe e ndërprerë) dhe pa korrigjim të temperaturës (vijë e zezë e plotë). Vija blu me pika tregon temperaturën e tranzicionit BKT si një funksion të dendësisë së kondensatës.
Përveç superpërçueshmërisë, BEC është një fenomen tjetër që ndodh në temperatura të ulëta. Është gjendja e pestë e materies e parashikuar për herë të parë nga Ajnshtajni në vitin 1924. Formimi i BEC ndodh kur atomet me energji të ulët mblidhen së bashku dhe hyjnë në të njëjtën gjendje energjie, e cila është një fushë kërkimi e gjerë në fizikën e materies së kondensuar. Sistemi hibrid Bose-Fermi përfaqëson në thelb bashkëveprimin e një shtrese elektronesh me një shtresë bozonesh, siç janë eksitonet indirekte, eksitonet-polaronet e kështu me radhë. Bashkëveprimi midis grimcave Bose dhe Fermi çoi në një sërë fenomenesh të reja dhe interesante, të cilat ngjallën interesin e të dyja palëve. Pikëpamje bazë dhe e orientuar drejt zbatimit.
Në këtë punim, studiuesit raportuan një mekanizëm të ri superpërçues në grafen, i cili është për shkak të bashkëveprimit midis elektroneve dhe "bogoloneve" në vend të fononeve në një sistem tipik BCS. Bogolonët ose kuazipjesëzat Bogoliubov janë ngacmime në BEC, të cilat kanë karakteristika të caktuara të grimcave. Brenda diapazoneve të caktuara të parametrave, ky mekanizëm lejon që temperatura kritike e superpërçuesit në grafen të arrijë deri në 70 Kelvin. Studiuesit kanë zhvilluar gjithashtu një teori të re mikroskopike BCS që përqendrohet posaçërisht në sistemet e bazuara në grafenin e ri hibrid. Modeli që ata propozuan gjithashtu parashikon që vetitë superpërçuese mund të rriten me temperaturën, duke rezultuar në një varësi jo-monotonike të temperaturës së boshllëkut superpërçues.
Përveç kësaj, studimet kanë treguar se dispersioni Dirac i grafenit ruhet në këtë skemë të ndërmjetësuar nga bogoloni. Kjo tregon se ky mekanizëm superpërçues përfshin elektrone me dispersion relativistik, dhe ky fenomen nuk është eksploruar mirë në fizikën e materies së kondensuar.
Ky punim zbulon një mënyrë tjetër për të arritur superpërçueshmëri në temperaturë të lartë. Në të njëjtën kohë, duke kontrolluar vetitë e kondensatës, ne mund të rregullojmë superpërçueshmërinë e grafenit. Kjo tregon një mënyrë tjetër për të kontrolluar pajisjet superpërçuese në të ardhmen.
Koha e postimit: 16 korrik 2021 
