Գերհաղորդականությունը ֆիզիկական երևույթ է, որի դեպքում նյութի էլեկտրական դիմադրությունը որոշակի կրիտիկական ջերմաստիճանում զրոյի է իջնում: Բարդին-Կուպեր-Շրիֆերի (BCS) տեսությունը արդյունավետ բացատրություն է, որը նկարագրում է գերհաղորդականությունը նյութերի մեծ մասում: Այն նշում է, որ Կուպերի էլեկտրոնային զույգերը ձևավորվում են բյուրեղային ցանցում բավականաչափ ցածր ջերմաստիճանում, և որ BCS գերհաղորդականությունը առաջանում է դրանց խտացումից: Չնայած գրաֆենն ինքնին գերազանց էլեկտրական հաղորդիչ է, այն չի ցուցաբերում BCS գերհաղորդականություն՝ էլեկտրոն-ֆոնոն փոխազդեցության ճնշման պատճառով: Ահա թե ինչու «լավ» հաղորդիչների մեծ մասը (օրինակ՝ ոսկին և պղինձը) «վատ» գերհաղորդիչներ են:
Հարավային Կորեայի հիմնարար գիտությունների ինստիտուտի (IBS) Բարդ համակարգերի տեսական ֆիզիկայի կենտրոնի (PCS) հետազոտողները ներկայացրել են գրաֆենում գերհաղորդականության հասնելու նոր այլընտրանքային մեխանիզմ։ Նրանք այս նվաճմանը հասել են՝ առաջարկելով գրաֆենից և երկչափ Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատից (BEC) կազմված հիբրիդային համակարգ։ Հետազոտությունը հրապարակվել է 2D Materials ամսագրում։
Հիբրիդային համակարգ, որը բաղկացած է գրաֆենի էլեկտրոնային գազից (վերին շերտ), որը բաժանված է երկչափ Բոզե-Այնշտայնի կոնդենսատից, որը ներկայացված է անուղղակի էքսիտոններով (կապույտ և կարմիր շերտեր): Գրաֆենի էլեկտրոններն ու էքսիտոնները միացված են Կուլոնի ուժով:
(ա) Բոգոլոն-միջնորդավորված պրոցեսում գերհաղորդիչ բացվածքի ջերմաստիճանային կախվածությունը ջերմաստիճանի շտկմամբ (ընդհատ գիծ) և առանց ջերմաստիճանի շտկման (շարունակ գիծ): (բ) Գերհաղորդիչ անցման կրիտիկական ջերմաստիճանը որպես կոնդենսատի խտության ֆունկցիա բոգոլոն-միջնորդավորված փոխազդեցությունների համար՝ ջերմաստիճանի շտկմամբ (կարմիր ընդհատ գիծ) և առանց (սև շարունակ գիծ): Կապույտ կետավոր գիծը ցույց է տալիս BKT անցման ջերմաստիճանը որպես կոնդենսատի խտության ֆունկցիա:
Գերհաղորդականությունից բացի, BEC-ն մեկ այլ երևույթ է, որը տեղի է ունենում ցածր ջերմաստիճաններում: Այն նյութի հինգերորդ վիճակն է, որը առաջին անգամ կանխատեսել է Այնշտայնը 1924 թվականին: BEC-ի առաջացումը տեղի է ունենում, երբ ցածր էներգիայի ատոմները հավաքվում են և մտնում նույն էներգետիկ վիճակի մեջ, ինչը խտացված նյութի ֆիզիկայի լայնածավալ հետազոտությունների ոլորտ է: Հիբրիդային Բոզե-Ֆերմի համակարգը, ըստ էության, ներկայացնում է էլեկտրոնների շերտի փոխազդեցությունը բոզոնների շերտի հետ, ինչպիսիք են անուղղակի էքսիտոնները, էքսիտոն-պոլարոնները և այլն: Բոզեի և Ֆերմիի մասնիկների փոխազդեցությունը հանգեցրել է մի շարք նորարարական և հետաքրքրաշարժ երևույթների, որոնք առաջացրել են երկու կողմերի հետաքրքրությունը: Հիմնական և կիրառական կողմնորոշված տեսանկյուն:
Այս աշխատանքում հետազոտողները ներկայացրել են գրաֆենի նոր գերհաղորդիչ մեխանիզմ, որը պայմանավորված է էլեկտրոնների և «բոգոլոնների» փոխազդեցությամբ, այլ ոչ թե ֆոնոններով BCS տիպիկ համակարգում: Բոգոլոնները կամ Բոգոլյուբովի քվազիմասնիկները BEC-ի գրգռումներ են, որոնք ունեն մասնիկների որոշակի բնութագրեր: Որոշակի պարամետրերի սահմաններում այս մեխանիզմը թույլ է տալիս գրաֆենի գերհաղորդիչ կրիտիկական ջերմաստիճանը հասնել մինչև 70 Կելվինի: Հետազոտողները նաև մշակել են BCS նոր մանրադիտակային տեսություն, որը հատուկ կենտրոնանում է նոր հիբրիդային գրաֆենի վրա հիմնված համակարգերի վրա: Նրանց առաջարկած մոդելը նաև կանխատեսում է, որ գերհաղորդիչ հատկությունները կարող են աճել ջերմաստիճանի հետ, ինչը հանգեցնում է գերհաղորդիչ ճեղքի ոչ մոնոտոն ջերմաստիճանային կախվածության:
Բացի այդ, ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ գրաֆենի Դիրակի դիսպերսիան պահպանվում է այս բոգոլոն-միջնորդավորված սխեմայում։ Սա ցույց է տալիս, որ այս գերհաղորդիչ մեխանիզմը ներառում է էլեկտրոններ՝ ռելյատիվիստական դիսպերսիայով, և այս երևույթը լավ չի ուսումնասիրվել խտացված նյութի ֆիզիկայում։
Այս աշխատանքը բացահայտում է բարձր ջերմաստիճանային գերհաղորդականություն ստանալու մեկ այլ եղանակ։ Միևնույն ժամանակ, կոնդենսատի հատկությունները կառավարելով, մենք կարող ենք կարգավորել գրաֆենի գերհաղորդականությունը։ Սա ցույց է տալիս ապագայում գերհաղորդիչ սարքերը կառավարելու մեկ այլ եղանակ։
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-16-2021 
