מוליכות-על היא תופעה פיזיקלית שבה ההתנגדות החשמלית של חומר יורדת לאפס בטמפרטורה קריטית מסוימת.תיאוריית ברדין-קופר-שריפר (BCS) היא הסבר יעיל, המתאר את מוליכות-העל ברוב החומרים.הוא מציין כי זוגות אלקטרונים של קופר נוצרים בסריג הגביש בטמפרטורה נמוכה מספיק, וכי מוליכות העל של BCS נובעת מהעיבוי שלהם.למרות שגרפן עצמו הוא מוליך חשמלי מצוין, הוא אינו מפגין מוליכות-על של BCS עקב דיכוי אינטראקציית אלקטרונים-פונון.זו הסיבה שרוב המוליכים ה"טובים" (כגון זהב ונחושת) הם מוליכים "רעים".
חוקרים במרכז לפיזיקה תיאורטית של מערכות מורכבות (PCS) במכון למדע בסיסי (IBS, דרום קוריאה) דיווחו על מנגנון חלופי חדש להשגת מוליכות-על בגרפן.הם השיגו את ההישג הזה על ידי הצעת מערכת היברידית המורכבת מגרפן וקונדנסט Bose-Einstein דו מימדי (BEC).המחקר פורסם בכתב העת 2D Materials.
מערכת היברידית המורכבת מגז אלקטרונים (שכבה עליונה) בגרפן, מופרד מהעיבוי הדו-ממדי Bose-Instein, המיוצג על ידי אקסיטונים עקיפים (שכבות כחולות ואדומות).האלקטרונים והאקסיטונים בגרפן מחוברים בכוח קולומב.
(א) תלות הטמפרטורה של הפער המוליך-על בתהליך המתווך בוגולון עם תיקון טמפרטורה (קו מקווקו) וללא תיקון טמפרטורה (קו מלא).(ב) הטמפרטורה הקריטית של מעבר מוליך-על כפונקציה של צפיפות הקונדנסט עבור אינטראקציות בתיווך בוגולון עם (קו מקווקו אדום) וללא (קו מוצק שחור) תיקון טמפרטורה.הקו המקווקו הכחול מציג את טמפרטורת המעבר של BKT כפונקציה של צפיפות הקונדנסט.
בנוסף למוליכות-על, BEC היא תופעה נוספת המתרחשת בטמפרטורות נמוכות.זהו המצב החמישי של החומר שנחזה לראשונה על ידי איינשטיין בשנת 1924. היווצרות BEC מתרחשת כאשר אטומים בעלי אנרגיה נמוכה מתאספים יחד ונכנסים לאותו מצב אנרגיה, שהוא תחום של מחקר מקיף בפיזיקת החומר המעובה.מערכת Bose-Fermi ההיברידית מייצגת בעצם את האינטראקציה של שכבת אלקטרונים עם שכבת בוזונים, כגון אקציטונים עקיפים, אקציטון-פולארונים וכו'.האינטראקציה בין חלקיקי Bose ו-Fermi הובילה למגוון תופעות חדשניות ומרתקות, שעוררו עניין של שני הצדדים.תצוגה בסיסית ומכוונת יישומים.
בעבודה זו דיווחו החוקרים על מנגנון מוליך-על חדש בגרפן, הנובע מהאינטראקציה בין אלקטרונים ל"בוגולונים" ולא מהפונונים במערכת BCS טיפוסית.בוגולונים או קוואזי-חלקיקים של בוגולובוב הם עירורים ב-BEC, שיש להם מאפיינים מסוימים של חלקיקים.בטווחי פרמטרים מסוימים, מנגנון זה מאפשר לטמפרטורה הקריטית המוליכה בגרפן להגיע עד ל-70 קלווין.חוקרים פיתחו גם תיאוריית BCS מיקרוסקופית חדשה המתמקדת במיוחד במערכות המבוססות על גרפן היברידי חדש.המודל שהם הציעו גם מנבא שתכונות המוליכות העל יכולות לעלות עם הטמפרטורה, וכתוצאה מכך תלות טמפרטורה לא מונוטונית של הפער המוליך.
בנוסף, מחקרים הראו כי פיזור הגרפן של דיראק נשמר בסכימה זו המתווכת בבוגולון.זה מצביע על כך שמנגנון מוליך-על זה כולל אלקטרונים עם פיזור רלטיביסטי, ותופעה זו לא נחקרה היטב בפיזיקה של החומר המעובה.
עבודה זו חושפת דרך נוספת להשיג מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה.יחד עם זאת, על ידי שליטה בתכונות הקונדנסט, נוכל להתאים את מוליכות העל של הגרפן.זה מראה דרך נוספת לשלוט במכשירים מוליכים-על בעתיד.
זמן פרסום: 16 ביולי 2021 
