สภาพตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุลดลงถึงศูนย์ที่อุณหภูมิวิกฤตทฤษฎี Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) เป็นคำอธิบายที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งอธิบายถึงตัวนำยิ่งยวดในวัสดุส่วนใหญ่มันชี้ให้เห็นว่าคู่อิเล็กตรอนคูเปอร์ก่อตัวขึ้นในโครงตาข่ายคริสตัลที่อุณหภูมิต่ำพอสมควร และตัวนำยิ่งยวด BCS มาจากการควบแน่นแม้ว่ากราฟีนเองจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม แต่ก็ไม่แสดงตัวนำยิ่งยวด BCS เนื่องจากการยับยั้งอันตรกิริยาของอิเล็กตรอน-โฟนันนี่เป็นเหตุผลว่าทำไมตัวนำที่ "ดี" ส่วนใหญ่ (เช่น ทองและทองแดง) จึงเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ "ไม่ดี"
นักวิจัยจากศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของระบบเชิงซ้อน (PCS) ที่สถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS ประเทศเกาหลีใต้) ได้รายงานกลไกทางเลือกใหม่เพื่อให้ได้ตัวนำยิ่งยวดในกราฟีนพวกเขาประสบความสำเร็จโดยเสนอระบบไฮบริดที่ประกอบด้วยกราฟีนและคอนเดนเสท Bose-Einstein สองมิติ (BEC)งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร 2D Materials
ระบบไฮบริดประกอบด้วยก๊าซอิเล็กตรอน (ชั้นบนสุด) ในกราฟีน แยกออกจากคอนเดนเสทโบส-ไอน์สไตน์สองมิติ แสดงด้วย exciton ทางอ้อม (ชั้นสีน้ำเงินและสีแดง)อิเล็กตรอนและ excitons ในกราฟีนถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยแรงคูลอมบ์
(a) การขึ้นต่อกันของอุณหภูมิของช่องว่างตัวนำยิ่งยวดในกระบวนการที่ใช้โบโกลอนที่มีการแก้ไขอุณหภูมิ (เส้นประ) และไม่มีการแก้ไขอุณหภูมิ (เส้นทึบ)(b) อุณหภูมิวิกฤตของการเปลี่ยนสถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นคอนเดนเสทสำหรับอันตรกิริยาที่มีโบโกลอนเป็นสื่อกลางโดยมี (เส้นประสีแดง) และไม่มี (เส้นทึบสีดำ) การแก้ไขอุณหภูมิเส้นประสีน้ำเงินแสดงอุณหภูมิการเปลี่ยน BKT เป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นของคอนเดนเสท
นอกจากตัวนำยิ่งยวดแล้ว BEC ยังเป็นอีกปรากฏการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมันเป็นสถานะที่ห้าของสสารที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้ครั้งแรกในปี 1924 การก่อตัวของ BEC เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีพลังงานต่ำรวมตัวกันและเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกัน ซึ่งเป็นสาขาของการวิจัยอย่างกว้างขวางในฟิสิกส์ของสสารควบแน่นระบบ Bose-Fermi ไฮบริดโดยพื้นฐานแล้วแสดงถึงปฏิสัมพันธ์ของชั้นของอิเล็กตรอนกับชั้นของโบซอน เช่น exciton ทางอ้อม exciton-polarons และอื่นๆปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค Bose และ Fermi ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่แปลกใหม่และน่าสนใจมากมาย ซึ่งกระตุ้นความสนใจของทั้งสองฝ่ายมุมมองพื้นฐานและเชิงประยุกต์
ในงานนี้ นักวิจัยได้รายงานกลไกตัวนำยิ่งยวดแบบใหม่ในกราฟีน ซึ่งเกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างอิเล็กตรอนและ "โบโกลอน" มากกว่าโฟนอนในระบบ BCS ทั่วไปBogolons หรือ Bogoliubov quasiparticles เป็นตัวกระตุ้นใน BEC ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของอนุภาคภายในช่วงพารามิเตอร์ที่กำหนด กลไกนี้ช่วยให้อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวดในกราฟีนสูงถึง 70 เคลวินนักวิจัยยังได้พัฒนาทฤษฎี BCS ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใหม่ที่มุ่งเน้นไปที่ระบบที่ใช้กราฟีนไฮบริดใหม่โดยเฉพาะแบบจำลองที่พวกเขาเสนอยังคาดการณ์ว่าคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดสามารถเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ส่งผลให้ช่องว่างของตัวนำยิ่งยวดต้องพึ่งพาอุณหภูมิที่ไม่ใช่แบบโมโนโทนิก
นอกจากนี้ การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าการกระจาย Dirac ของกราฟีนนั้นได้รับการเก็บรักษาไว้ในรูปแบบโบโกลอนที่ใช้สื่อกลางนี้สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากลไกตัวนำยิ่งยวดนี้เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่มีการกระจายตัวเชิงสัมพัทธภาพ และปรากฏการณ์นี้ยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างดีในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น
งานนี้เผยให้เห็นอีกวิธีหนึ่งเพื่อให้ได้ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในเวลาเดียวกัน โดยการควบคุมคุณสมบัติของคอนเดนเสท เราสามารถปรับสภาพตัวนำยิ่งยวดของกราฟีนได้นี่แสดงให้เห็นอีกวิธีหนึ่งในการควบคุมอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดในอนาคต
เวลาโพสต์: 16 ก.ค.-2564 
