Исследователи из Центра теоретической физики комплексных систем при Институте базовых наук в Южной Корее сообщили об открытии нового механизма сверхпроводимости в графене. Он достигается совмещением графена с двумерным конденсатом Бозе-Эйнштейна. Работа была опубликована в журнале 2D Materials.
При сверхпроводимости после понижения температуры до определённого порогового значения электрическое сопротивление материала падает до нуля. Общепризнанным сегодня объяснением работы почти всех сверхпроводников является теория Бардина — Купера — Шриффера (теория БКШ). Согласно теории, в решётке образуются куперовские пары электронов, которые начинают вести себя как бозоны и перестают сталкиваться с решёткой. В результате их конденсации появляется сверхпроводимость.
Хотя графен прекрасно проводит электричество, сверхпроводимость по БКШ в нём не наблюдается, поскольку он подавляет взаимодействие электронов с фотонами. По этой же причине большинство хорошо проводящих ток материалов (золото, медь) — плохие сверхпроводники.
Гибридная система, состоящая из электронного газа в графене (верхний слой), отделённого от двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна, представляемого непрямыми экситонами (синий и красный слои). Электроны в графене связываются с экситонами силами Кулона.
При низких температурах возникает не только сверхпроводимость, но и конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Это пятое агрегатное состояние вещества, впервые предсказанное Эйнштейном в 1924 году. Оно возникает, когда атомы с низкой энергией собираются вместе и переходят на один энергетический уровень. Гибрид системы Бозе-Ферми получается, когда слой электронов взаимодействует со слоем бозонов – к примеру, с непрямыми экситонами.
В графене сверхпроводимость возникает в результате взаимодействия электронов не с фотонами, как обычно, а с боголюбонами – квазичастицами, предсказанными русским советским математиком и физиком-теоретиком Николаем Николаевичем Боголюбовым. При некоторых условиях этот механизм работает в графене при температурах до 70 К.
Более того, исследование показало, что в данной схеме сохраняется дираковская дисперсия графена. Это указывает на то, что в этом сверхпроводящем механизме задействованы электроны с релятивистской дисперсией. Это явление не так хорошо изучено в физике конденсированного состояния.
Руководитель отдела взаимодействия света и материи в наноструктурах в Институте базовых наук Иван Савенко пояснил, что эта работа проливает свет на альтернативный метод достижения высокотемпературной сверхпроводимости. Управляя свойствами конденсата, можно подстраивать параметры сверхпроводимости графена. В будущем это даст нам ещё один способ управления сверхпроводящими устройствами.
При сверхпроводимости после понижения температуры до определённого порогового значения электрическое сопротивление материала падает до нуля. Общепризнанным сегодня объяснением работы почти всех сверхпроводников является теория Бардина — Купера — Шриффера (теория БКШ). Согласно теории, в решётке образуются куперовские пары электронов, которые начинают вести себя как бозоны и перестают сталкиваться с решёткой. В результате их конденсации появляется сверхпроводимость.
Хотя графен прекрасно проводит электричество, сверхпроводимость по БКШ в нём не наблюдается, поскольку он подавляет взаимодействие электронов с фотонами. По этой же причине большинство хорошо проводящих ток материалов (золото, медь) — плохие сверхпроводники.
Гибридная система, состоящая из электронного газа в графене (верхний слой), отделённого от двумерного конденсата Бозе-Эйнштейна, представляемого непрямыми экситонами (синий и красный слои). Электроны в графене связываются с экситонами силами Кулона.
При низких температурах возникает не только сверхпроводимость, но и конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Это пятое агрегатное состояние вещества, впервые предсказанное Эйнштейном в 1924 году. Оно возникает, когда атомы с низкой энергией собираются вместе и переходят на один энергетический уровень. Гибрид системы Бозе-Ферми получается, когда слой электронов взаимодействует со слоем бозонов – к примеру, с непрямыми экситонами.
В графене сверхпроводимость возникает в результате взаимодействия электронов не с фотонами, как обычно, а с боголюбонами – квазичастицами, предсказанными русским советским математиком и физиком-теоретиком Николаем Николаевичем Боголюбовым. При некоторых условиях этот механизм работает в графене при температурах до 70 К.
Более того, исследование показало, что в данной схеме сохраняется дираковская дисперсия графена. Это указывает на то, что в этом сверхпроводящем механизме задействованы электроны с релятивистской дисперсией. Это явление не так хорошо изучено в физике конденсированного состояния.
Руководитель отдела взаимодействия света и материи в наноструктурах в Институте базовых наук Иван Савенко пояснил, что эта работа проливает свет на альтернативный метод достижения высокотемпературной сверхпроводимости. Управляя свойствами конденсата, можно подстраивать параметры сверхпроводимости графена. В будущем это даст нам ещё один способ управления сверхпроводящими устройствами.
