La superconductividad es un fenómeno físico en el que la resistencia eléctrica de un material cae a cero a una determinada temperatura crítica.La teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) es una explicación efectiva que describe la superconductividad en la mayoría de los materiales.Señala que los pares de electrones de Cooper se forman en la red cristalina a una temperatura suficientemente baja y que la superconductividad BCS proviene de su condensación.Aunque el grafeno en sí mismo es un excelente conductor eléctrico, no presenta superconductividad BCS debido a la supresión de la interacción electrón-fonón.Esta es la razón por la que la mayoría de los conductores "buenos" (como el oro y el cobre) son superconductores "malos".
Investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos (PCS) del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) informaron sobre un nuevo mecanismo alternativo para lograr la superconductividad en el grafeno.Lograron esta hazaña proponiendo un sistema híbrido compuesto de grafeno y condensado bidimensional de Bose-Einstein (BEC).La investigación fue publicada en la revista 2D Materials.
Un sistema híbrido que consiste en gas de electrones (capa superior) en grafeno, separado del condensado bidimensional de Bose-Einstein, representado por excitones indirectos (capas azul y roja).Los electrones y excitones en el grafeno están acoplados por la fuerza de Coulomb.
( a ) La dependencia de la temperatura de la brecha superconductora en el proceso mediado por bogolon con corrección de temperatura (línea discontinua) y sin corrección de temperatura (línea continua).( b ) La temperatura crítica de la transición superconductora en función de la densidad del condensado para las interacciones mediadas por bogolon con (línea discontinua roja) y sin corrección de temperatura (línea continua negra).La línea de puntos azul muestra la temperatura de transición BKT en función de la densidad del condensado.
Además de la superconductividad, BEC es otro fenómeno que ocurre a bajas temperaturas.Es el quinto estado de la materia predicho por primera vez por Einstein en 1924. La formación de BEC ocurre cuando los átomos de baja energía se juntan y entran en el mismo estado de energía, que es un campo de investigación extenso en la física de la materia condensada.El sistema híbrido Bose-Fermi representa esencialmente la interacción de una capa de electrones con una capa de bosones, como excitones indirectos, excitones-polarones, etc.La interacción entre las partículas de Bose y Fermi dio lugar a una variedad de fenómenos novedosos y fascinantes, que despertaron el interés de ambas partes.Vista básica y orientada a la aplicación.
En este trabajo, los investigadores informaron sobre un nuevo mecanismo superconductor en el grafeno, que se debe a la interacción entre los electrones y los "bogolones" en lugar de los fonones en un sistema BCS típico.Las cuasipartículas Bogolons o Bogoliubov son excitaciones en BEC, que tienen ciertas características de partículas.Dentro de ciertos rangos de parámetros, este mecanismo permite que la temperatura crítica superconductora en el grafeno alcance los 70 Kelvin.Los investigadores también han desarrollado una nueva teoría BCS microscópica que se centra específicamente en los sistemas basados en el nuevo grafeno híbrido.El modelo que propusieron también predice que las propiedades superconductoras pueden aumentar con la temperatura, lo que da como resultado una dependencia no monótona de la temperatura del espacio superconductor.
Además, los estudios han demostrado que la dispersión de Dirac del grafeno se conserva en este esquema mediado por bogolon.Esto indica que este mecanismo superconductor involucra electrones con dispersión relativista, y este fenómeno no ha sido bien explorado en la física de la materia condensada.
Este trabajo revela otra forma de lograr la superconductividad a alta temperatura.Al mismo tiempo, al controlar las propiedades del condensado, podemos ajustar la superconductividad del grafeno.Esto muestra otra forma de controlar los dispositivos superconductores en el futuro.
Hora de publicación: 16-jul-2021 
