Южнокорейские ученые сообщили о новом, альтернативном механизме достижения сверхпроводимости в графене. Предложенная ими гибридная система состоит из графена и двухмерного бозе-конденсата. Работа физиков проливает свет на альтернативный способ достижения высокотемпературной сверхпроводимости.

Сверхпроводимость — физический феномен, при котором электрическое сопротивление в материале падает до нуля при достижении критических температур. В большинстве случаев ее объясняет теория Бардина — Купера — Шриффера (БКШ), пишет Science Daily. Материал графен, будучи отличным проводником электричества, не проявляет свойств сверхпроводимости из-за подавления электрон-фононных взаимодействий. По этой же причине большинство хороших проводников, например золото или медь, плохие сверхпроводники.

Еще один феномен, возникающий при низкой температуре — это бозе-конденсат. Это пятое состояние вещества было предсказано Эйнштейном в 1924 году. Оно образуется, когда низкоэнергетические атомы соединяются и входят в одинаковое состояние энергии. Гибридная система Бозе-Ферми, по сути, представляет слой электронов, взаимодействующий со слоем бозонов. Взаимодействие между частицами Бозе и Ферми приводит к различным поразительным феноменам, интересным с точки зрения как фундаментальной науки, так и практического применения.

В своей работе физики из Южной Кореи докладывают об обнаружении нового механизма сверхпроводимости в графене, который возникает в ходе взаимодействия электронов и боголонов, а не фононов, как в обычном бозе-конденсате. Боголоны, или квазичастицы Боголюбова, это возбуждение внутри бозе-конденсата, которое обладает некоторыми характеристиками частицы. При определенных параметрах этот механизм позволяет достигать критической для сверхпроводимости температуры 70 К внутри графена.

Также исследователи разработали новую теорию микроскопического бозе-конденсата, которая основана на новой гибридной графеновой системе. Предложенная модель предсказывает, что сверхпроводящие свойства можно повысить с помощью температуры, что приводит к немонотонной температурной зависимости сверхпроводящей щели.

Более того, они показали, что дисперсия Дирака в графене сохраняется в боголоновой схеме. Это указывает на то, что механизм сверхпроводимости включает электроны с релятивистским рассеянием — феномен, который не так хорошо изучен в физике конденсированного вещества.