Superconductivity เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุลดลงเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิวิกฤตที่แน่นอน ทฤษฎี Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) เป็นคำอธิบายที่มีประสิทธิภาพซึ่งอธิบายถึงตัวนำยิ่งยวดในวัสดุส่วนใหญ่ มันชี้ให้เห็นว่าคู่อิเล็กตรอนคูเปอร์เกิดขึ้นในโครงตาข่ายคริสตัลที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอและตัวนำยิ่งยวดของ BCS มาจากการควบแน่นของพวกเขา แม้ว่ากราฟีนเองจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม แต่ก็ไม่ได้แสดงความเป็นตัวนำยิ่งยวดของ BCS เนื่องจากการปราบปรามปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอน-โฟน นี่คือเหตุผลที่ตัวนำ "ดี" ส่วนใหญ่ (เช่นทองคำและทองแดง) เป็นตัวนำยิ่งยวด "ไม่ดี"
นักวิจัยที่ศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของระบบที่ซับซ้อน (PCS) ที่สถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS, เกาหลีใต้) รายงานกลไกทางเลือกใหม่เพื่อให้ได้ superconductivity ในกราฟีน พวกเขาประสบความสำเร็จในความสำเร็จนี้โดยการเสนอระบบไฮบริดที่ประกอบด้วยกราฟีนและคอนเดนเสท Bose-Einstein สองมิติ (BEC) การวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสาร 2D วัสดุ
ระบบไฮบริดที่ประกอบด้วยก๊าซอิเล็กตรอน (ชั้นบนสุด) ในกราฟีนแยกออกจากคอนเดนเสท Bose-Einstein สองมิติซึ่งแสดงด้วย excitons ทางอ้อม (ชั้นสีน้ำเงินและสีแดง) อิเล็กตรอนและ excitons ในกราฟีนนั้นถูกรวมกันด้วยแรงคูลอมบ์
(a) การพึ่งพาอุณหภูมิของช่องว่าง superconducting ในกระบวนการ bogolon-mediated ที่มีการแก้ไขอุณหภูมิ (เส้นประ) และไม่มีการแก้ไขอุณหภูมิ (เส้นทึบ) (b) อุณหภูมิวิกฤตของการเปลี่ยนตัวนำยิ่งยวดเป็นฟังก์ชั่นของความหนาแน่นคอนเดนเสทสำหรับการโต้ตอบที่เป็นสื่อกลางของโบโกนกับ (เส้นประสีแดง) และไม่มีการแก้ไขอุณหภูมิ (เส้นทึบสีดำ) เส้นประสีฟ้าแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยน BKT เป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นคอนเดนเสท
นอกจากตัวนำยิ่งยวดแล้ว BEC ยังเป็นอีกปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ มันเป็นสถานะที่ห้าของสสารที่คาดการณ์ไว้เป็นครั้งแรกโดย Einstein ในปี 1924 การก่อตัวของ BEC เกิดขึ้นเมื่ออะตอมพลังงานต่ำรวมตัวกันและเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกันซึ่งเป็นสาขาการวิจัยที่กว้างขวางในฟิสิกส์สสารควบแน่น ระบบไฮบริด bose-fermi เป็นหลักแสดงถึงการทำงานร่วมกันของชั้นของอิเล็กตรอนที่มีชั้นของ bosons เช่น excitons ทางอ้อม exciton-polarons และอื่น ๆ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค Bose และ Fermi นำไปสู่ความหลากหลายของปรากฏการณ์นวนิยายและที่น่าสนใจซึ่งกระตุ้นความสนใจของทั้งสองฝ่าย มุมมองพื้นฐานและแอปพลิเคชันที่มุ่งเน้น
ในงานนี้นักวิจัยได้รายงานกลไกการปรับตัวนำยิ่งยวดใหม่ในกราฟีนซึ่งเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและ "โบโกน" มากกว่า phonons ในระบบ BCS ทั่วไป Bogolons หรือ Bogoliubov Quasiparticles เป็นสารกระตุ้นใน BEC ซึ่งมีลักษณะบางอย่างของอนุภาค ภายในช่วงพารามิเตอร์บางอย่างกลไกนี้ช่วยให้อุณหภูมิวิกฤตตัวนำยิ่งยวดในกราฟีนสูงถึง 70 เคลวิน นักวิจัยยังได้พัฒนาทฤษฎี BCS ด้วยกล้องจุลทรรศน์ใหม่ที่มุ่งเน้นไปที่ระบบโดยเฉพาะตามกราฟีนไฮบริดใหม่ แบบจำลองที่พวกเขาเสนอยังทำนายว่าคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดสามารถเพิ่มขึ้นได้ตามอุณหภูมิส่งผลให้อุณหภูมิที่ไม่เป็นโมโนโทนิกพึ่งพาช่องว่างของตัวนำยิ่งยวด
นอกจากนี้การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าการกระจาย DIRAC ของกราฟีนจะถูกเก็บรักษาไว้ในรูปแบบที่ใช้เป็นสื่อกลางของโบโกนนี้ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากลไกการควบคุมตัวของตัวนำยิ่งยวดนี้เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่มีการกระจายตัวแบบสัมพัทธภาพและปรากฏการณ์นี้ยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างดีในวิชาฟิสิกส์สสาร
งานนี้เผยอีกวิธีหนึ่งในการบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง ในเวลาเดียวกันโดยการควบคุมคุณสมบัติของคอนเดนเสทเราสามารถปรับตัวนำยิ่งยวดของกราฟีน นี่แสดงอีกวิธีหนึ่งในการควบคุมอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดในอนาคต
เวลาโพสต์: ก.ค. -16-2021 
