Hiện tượng siêu dẫn là một hiện tượng vật lý trong đó điện trở của vật liệu giảm xuống bằng 0 ở một nhiệt độ tới hạn nhất định.Lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) là một lời giải thích hiệu quả, mô tả tính siêu dẫn trong hầu hết các vật liệu.Nó chỉ ra rằng các cặp electron Cooper được hình thành trong mạng tinh thể ở nhiệt độ đủ thấp và tính siêu dẫn BCS đến từ sự ngưng tụ của chúng.Mặc dù bản thân graphene là một chất dẫn điện tuyệt vời, nhưng nó không thể hiện tính siêu dẫn BCS do triệt tiêu tương tác electron-phonon.Đây là lý do tại sao hầu hết các chất dẫn điện “tốt” (như vàng và đồng) lại là chất siêu dẫn “xấu”.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý lý thuyết của các hệ thống phức hợp (PCS) thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS, Hàn Quốc) đã báo cáo một cơ chế thay thế mới để đạt được tính siêu dẫn trong graphene.Họ đã đạt được kỳ tích này nhờ đề xuất một hệ thống lai bao gồm graphene và chất ngưng tụ Bose-Einstein hai chiều (BEC).Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Vật liệu 2D.
Một hệ thống hỗn hợp bao gồm khí điện tử (lớp trên cùng) trong graphene, được tách ra khỏi ngưng tụ Bose-Einstein hai chiều, được thể hiện bằng các exciton gián tiếp (lớp xanh lam và đỏ).Các electron và exciton trong graphene được liên kết bởi lực Coulomb.
( a ) Sự phụ thuộc nhiệt độ của khe hở siêu dẫn trong quá trình qua trung gian bogolon có hiệu chỉnh nhiệt độ (đường đứt nét) và không có hiệu chỉnh nhiệt độ (đường liền nét).( b ) Nhiệt độ tới hạn của quá trình chuyển đổi siêu dẫn như là một hàm của mật độ ngưng tụ đối với các tương tác qua trung gian bogolon với (đường đứt nét màu đỏ) và không có hiệu chỉnh nhiệt độ (vạch liền màu đen).Đường chấm màu xanh biểu thị nhiệt độ chuyển tiếp BKT là một hàm của mật độ ngưng tụ.
Ngoài hiện tượng siêu dẫn, BEC là một hiện tượng khác xảy ra ở nhiệt độ thấp.Đây là trạng thái thứ năm của vật chất được Einstein tiên đoán lần đầu tiên vào năm 1924. Sự hình thành BEC xảy ra khi các nguyên tử năng lượng thấp tập hợp lại với nhau và đi vào cùng một trạng thái năng lượng, đây là một lĩnh vực nghiên cứu sâu rộng trong vật lý vật chất ngưng tụ.Hệ thống lai Bose-Fermi về cơ bản đại diện cho sự tương tác của một lớp electron với một lớp boson, chẳng hạn như exciton gián tiếp, exciton-phân cực, v.v.Sự tương tác giữa các hạt Bose và Fermi dẫn đến nhiều hiện tượng mới lạ và hấp dẫn, thu hút sự quan tâm của cả hai bên.Chế độ xem cơ bản và hướng ứng dụng.
Trong công trình này, các nhà nghiên cứu đã báo cáo một cơ chế siêu dẫn mới trong graphene, đó là do sự tương tác giữa các electron và “bogolon” chứ không phải là các phonon trong một hệ thống BCS điển hình.Bogolon hay quasiparticles Bogoliubov là những kích thích trong BEC, chúng có những đặc điểm nhất định của hạt.Trong phạm vi tham số nhất định, cơ chế này cho phép nhiệt độ tới hạn siêu dẫn trong graphene đạt tới 70 Kelvin.Các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển một lý thuyết BCS vi mô mới đặc biệt tập trung vào các hệ thống dựa trên graphene lai mới.Mô hình mà họ đề xuất cũng dự đoán rằng các tính chất siêu dẫn có thể tăng theo nhiệt độ, dẫn đến sự phụ thuộc nhiệt độ không đơn điệu của khe siêu dẫn.
Ngoài ra, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân tán Dirac của graphene được bảo toàn trong sơ đồ qua trung gian bogolon này.Điều này chỉ ra rằng cơ chế siêu dẫn này liên quan đến các electron với sự phân tán tương đối tính và hiện tượng này chưa được khám phá kỹ trong vật lý vật chất ngưng tụ.
Công trình này tiết lộ một cách khác để đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao.Đồng thời, bằng cách kiểm soát các thuộc tính của chất ngưng tụ, chúng ta có thể điều chỉnh tính siêu dẫn của graphene.Điều này cho thấy một cách khác để điều khiển các thiết bị siêu dẫn trong tương lai.
Thời gian đăng: 16-07-2021 
