מוליכות -על היא תופעה פיזית בה ההתנגדות החשמלית של חומר יורדת לאפס בטמפרטורה קריטית מסוימת. תיאוריית Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) היא הסבר יעיל, המתאר את מוליכות העל ברוב החומרים. הוא מציין כי זוגות קופר אלקטרונים נוצרים בסריג הקריסטל בטמפרטורה נמוכה מספיק, וכי מוליכות העל של BCS נובעת מעיבוים. אף על פי שגרפן עצמו הוא מוליך חשמלי מצוין, הוא אינו מציג מוליכות-על של BCS בגלל דיכוי אינטראקציה אלקטרונית-פונון. זו הסיבה שרוב המוליכים "הטובים" (כמו זהב ונחושת) הם מוליכים -על "רעים".
חוקרים במרכז לפיזיקה תיאורטית של מערכות מורכבות (PCS) במכון למדע בסיסי (IBS, דרום קוריאה) דיווחו על מנגנון אלטרנטיבי חדש להשגת מוליכות -על בגרפן. הם השיגו הישג זה על ידי הצעת מערכת היברידית המורכבת מגרפן ועיבה דו-ממדי של בוס-איינשטיין (BEC). המחקר פורסם בכתב העת 2D Materials.
מערכת היברידית המורכבת מגז אלקטרונים (שכבה עליונה) בגרפן, מופרדת מעיבוי בוס-איינשטיין דו-ממדי, המיוצג על ידי אקסיטונים עקיפים (שכבות כחולות ואדומות). האלקטרונים והאקסיטונים בגרפן משולבים על ידי כוח קולומב.
(א) תלות הטמפרטורה של הפער המוליך-על בתהליך בתיווך בוגולון עם תיקון טמפרטורה (קו מקווקו) וללא תיקון טמפרטורה (קו מוצק). (ב) הטמפרטורה הקריטית של מעבר מוליך-על כפונקציה של צפיפות עיבוי לאינטראקציות בתיווך בוגולון עם (קו מקווקו אדום) וללא תיקון טמפרטורת (קו מוצק שחור). הקו המנוקד הכחול מציג את טמפרטורת המעבר BKT כפונקציה של צפיפות עיבוי.
בנוסף למוליכות -על, BEC היא תופעה נוספת המתרחשת בטמפרטורות נמוכות. זוהי המצב החמישי של החומר שחזה איינשטיין לראשונה בשנת 1924. היווצרות BEC מתרחשת כאשר אטומי אנרגיה נמוכה מתכנסים יחד ונכנסים לאותה מצב אנרגיה, שהוא תחום של מחקר נרחב בפיזיקה של חומר מרוכז. מערכת Bose-Fermi ההיברידית מייצגת למעשה את האינטראקציה של שכבה של אלקטרונים עם שכבה של בוזונים, כמו אקסיטונים עקיפים, אקסיטון-קוטביים וכן הלאה. האינטראקציה בין חלקיקי Bose ו- Fermi הובילה למגוון תופעות חדשות ומרתקות, שעוררו את האינטרס 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. חלקיקי בוגולונים או חלקיקי בוגוליובוב הם ריגושים ב- BEC, בעלי מאפיינים מסוימים של חלקיקים. בתוך טווחי פרמטרים מסוימים, מנגנון זה מאפשר לטמפרטורה קריטית מוליכה על גרפן להגיע עד 70 קלווין. החוקרים פיתחו גם תיאוריית BCS מיקרוסקופית חדשה המתמקדת באופן ספציפי במערכות המבוססות על גרפן היברידי חדש. המודל שהם הציעו גם צופה כי תכונות מוליך העל יכולות לעלות עם הטמפרטורה, וכתוצאה מכך תלות בטמפרטורה לא מונוטונית של הפער המוליך-על.
בנוסף, מחקרים הראו כי פיזור ה- DIRAC של גרפן נשמר בתכנית זו בתיווך בוגולון. זה מצביע על כך שמנגנון מוליך -על זה כרוך באלקטרונים עם פיזור רלטיביסטי, ותופעה זו לא נחקרה היטב בפיזיקה של חומר מרוכז.
עבודה זו חושפת דרך נוספת להשגת מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה. יחד עם זאת, על ידי שליטה על תכונות העיבוי, אנו יכולים להתאים את מוליכות העל של גרפן. זה מראה דרך נוספת לשלוט במכשירי מוליך -על בעתיד.
זמן ההודעה: Jul-16-2021 
