В графене открыт новый механизм сверхпроводимости

Общепринятая теория Бардина-Купера-Шриффера (BCS) объясняет возникновение сверхпроводимости в большинстве материалов конденсацией куперовских пар электронов при достаточно низкой температуре. Однако графен — отличный проводник электричества — не может стать сверхпроводником в смысле BCS по причине подавления в нём электрон-фононных взаимодействий.

О новом альтернативном механизме достижения сверхпроводимости в графене сообщили исследователи из Центра теоретической физики сложных систем (PCS) Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея).

Статья, посвящённая этому исследованию, опубликована в журнале 2D Materials.

Согласно ей, сверхпроводимость в графене, или, более точно, в гибридной системе, состоящей из графена и 2D-конденсата Бозе-Эйнштейна (BEC), возникает из-за взаимодействия электронами с «боголонами», а не с фононами, как в типичных системах BCS. Боголоны, или квазичастицы Боголюбова, представляют собой возбуждение внутри BEC, которое имеет некоторые свойства частицы.

В определенных диапазонах сочетаний параметров этот механизм допускает критическую температуру сверхпроводимости до 70 Кельвин. Исследователи разработали для гибридной системы на основе графена новую микроскопическую теорию BCS. Она также предсказывает, что сверхпроводящие свойства могут улучшаться с температурой.

Далее, учёные показали, что дираковская дисперсия графена сохраняется для схемы с боголонами. Это указывает на то, что в этом сверхпроводящем механизме задействованы электроны с релятивистской дисперсией — явление, которое недостаточно хорошо изучено в физике конденсированного состояния.

«Эта работа проливает свет на альтернативный способ достижения высокотемпературной сверхпроводимости. Между тем, контролируя свойства конденсата, мы можем регулировать сверхпроводимость графена. Это дает еще один потенциальный канал управления сверхпроводящими устройствами в будущем», — пояснил Иван Савенко, руководитель группы LUMIN, занимающейся в PCS IBS вопросами взаимодействия света и вещества в наноструктурах.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365