Ofurleiðni er eðlisfræðilegt fyrirbæri þar sem rafviðnám efnis fellur niður í núll við ákveðið gagnrýnið hitastig. Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) kenningin er áhrifarík útskýring, sem lýsir ofurleiðni í flestum efnum. Hún bendir á að Cooper rafeindapör myndast í kristalgrindinni við nægilega lágt hitastig og að BCS ofurleiðnin stafi af þéttingu þeirra. Þótt grafen sjálft sé framúrskarandi rafleiðari sýnir það ekki BCS ofurleiðni vegna þess að það bælir niður víxlverkun rafeinda og fonóna. Þess vegna eru flestir „góðir“ leiðarar (eins og gull og kopar) „slæmir“ ofurleiðarar.
Rannsakendur við Miðstöð fræðilegrar eðlisfræði flókinna kerfa (PCS) við Institute of Basic Science (IBS, Suður-Kóreu) greindu frá nýrri aðferð til að ná fram ofurleiðni í grafíni. Þeim tókst þetta afrek með því að leggja til blendingskerfi sem samanstendur af grafíni og tvívíðu Bose-Einstein þéttivatni (BEC). Rannsóknin var birt í tímaritinu 2D Materials.
Blendingskerfi sem samanstendur af rafeindagasi (efsta laginu) í grafeni, aðskilið frá tvívíðu Bose-Einstein þéttivatni, táknað með óbeinum örvum (bláum og rauðum lögum). Rafeindirnar og örvarnir í grafeni eru tengdir saman með Coulomb-krafti.
(a) Hitastigsháðni ofurleiðnibilsins í bogólón-miðlaða ferlinu með hitaleiðréttingu (brotin lína) og án hitaleiðréttingar (óbrotin lína). (b) Mikilvægt hitastig ofurleiðnibreytinga sem fall af þéttivökvaþéttleika fyrir bogólón-miðlaðar víxlverkanir með (rauð brotin lína) og án (svört óbrotin lína) hitaleiðréttingar. Bláa brotalínan sýnir BKT-umbreytingarhitastig sem fall af þéttivökvaþéttleika.
Auk ofurleiðni er BEC annað fyrirbæri sem á sér stað við lágt hitastig. Það er fimmta ástand efnisins sem Einstein spáði fyrst fyrir um árið 1924. Myndun BEC á sér stað þegar lágorkuatóm safnast saman og fara í sama orkuástand, sem er viðfangsefni í þéttefnisfræði sem hefur verið rannsakað ítarlega. Blendingur Bose-Fermi kerfisins táknar í raun víxlverkun lags af rafeindum við lag af bósónum, svo sem óbeinum örvum, örvum-pólarónum og svo framvegis. Víxlverkun Bose og Fermi agna leiddi til margs konar nýstárlegra og heillandi fyrirbæra sem vöktu áhuga beggja aðila. Grunn- og notkunarmiðað sjónarhorn.
Í þessari vinnu greindu vísindamennirnir frá nýjum ofurleiðniferli í grafeni, sem er vegna víxlverkunar rafeinda og „bogólona“ frekar en fonóna í dæmigerðu BCS kerfi. Bogólon eða Bogoliubov kvasiagnir eru örvun í BEC, sem hafa ákveðna eiginleika agna. Innan ákveðinna breytubila gerir þessi ferli kleift að gagnrýnin hitastig ofurleiðni í grafeni nái allt að 70 Kelvin. Vísindamenn hafa einnig þróað nýja smásjá BCS kenningu sem einbeitir sér sérstaklega að kerfum sem byggja á nýju blönduðu grafeni. Líkanið sem þeir lögðu til spáir einnig fyrir um að ofurleiðnieiginleikarnir geti aukist með hitastigi, sem leiðir til óeinhliða hitastigsháðs ofurleiðnibilsins.
Að auki hafa rannsóknir sýnt að Dirac-dreifing grafens varðveitist í þessu bogólón-miðlaða kerfi. Þetta bendir til þess að þessi ofurleiðandi aðferð feli í sér rafeindir með afstæðishyggjudreifingu, og þetta fyrirbæri hefur ekki verið vel rannsakað í eðlisfræði þéttefnis.
Þessi vinna leiðir í ljós aðra leið til að ná ofurleiðni við háan hita. Á sama tíma, með því að stjórna eiginleikum þéttivatnsins, getum við aðlagað ofurleiðni grafíns. Þetta sýnir aðra leið til að stjórna ofurleiðandi tækjum í framtíðinni.
Birtingartími: 16. júlí 2021 
