الموصلية الفائقة هي ظاهرة فيزيائية تنخفض فيها المقاومة الكهربائية لمادة ما إلى الصفر عند درجة حرارة حرجة معينة.تعتبر نظرية باردين كوبر شريفير (BCS) تفسيرًا فعالًا ، حيث تصف الموصلية الفائقة في معظم المواد.ويشير إلى أن أزواج الإلكترون من Cooper تتشكل في الشبكة البلورية عند درجة حرارة منخفضة بدرجة كافية ، وأن الموصلية الفائقة BCS تأتي من تكثيفها.على الرغم من أن الجرافين نفسه موصل كهربائي ممتاز ، إلا أنه لا يُظهر الموصلية الفائقة BCS بسبب قمع تفاعل الإلكترون-فونون.هذا هو السبب في أن معظم الموصلات "الجيدة" (مثل الذهب والنحاس) هي موصلات فائقة "سيئة".
أفاد باحثون في مركز الفيزياء النظرية للأنظمة المعقدة (PCS) في معهد العلوم الأساسية (IBS ، كوريا الجنوبية) بوجود آلية بديلة جديدة لتحقيق الموصلية الفائقة في الجرافين.لقد حققوا هذا العمل الفذ من خلال اقتراح نظام هجين يتكون من الجرافين وثنائي الأبعاد من مكثف بوز-آينشتاين (BEC).نُشر البحث في مجلة 2D Materials.
نظام هجين يتكون من غاز الإلكترون (الطبقة العليا) في الجرافين ، مفصول عن مكثف بوز-آينشتاين ثنائي الأبعاد ، ويمثله إكسيتونات غير مباشرة (طبقات زرقاء وحمراء).تقترن الإلكترونات والإكسيتونات في الجرافين بقوة كولوم.
(أ) الاعتماد على درجة الحرارة للفجوة فائقة التوصيل في العملية التي تتم بوساطة البوغولون مع تصحيح درجة الحرارة (الخط المتقطع) وبدون تصحيح درجة الحرارة (الخط الصلب).(ب) درجة الحرارة الحرجة للانتقال فائق التوصيل كدالة لكثافة المكثفات للتفاعلات بوساطة البوغولون مع (الخط الأحمر المتقطع) وبدون تصحيح درجة الحرارة (الخط الصلب الأسود).يُظهر الخط المنقط الأزرق درجة حرارة انتقال BKT كدالة لكثافة المكثفات.
بالإضافة إلى الموصلية الفائقة ، BEC هي ظاهرة أخرى تحدث في درجات حرارة منخفضة.إنها الحالة الخامسة للمادة التي تنبأ بها أينشتاين لأول مرة في عام 1924. يحدث تكوين BEC عندما تتجمع الذرات منخفضة الطاقة معًا وتدخل نفس حالة الطاقة ، وهو مجال بحث مكثف في فيزياء المادة المكثفة.يمثل نظام Bose-Fermi الهجين بشكل أساسي تفاعل طبقة من الإلكترونات مع طبقة من البوزونات ، مثل الإكسيتونات غير المباشرة ، والإكسيتون بولارون ، وما إلى ذلك.أدى التفاعل بين جسيمات Bose و Fermi إلى مجموعة متنوعة من الظواهر الجديدة والرائعة ، والتي أثارت اهتمام الطرفين.العرض الأساسي والموجه نحو التطبيق.
في هذا العمل ، أبلغ الباحثون عن آلية جديدة فائقة التوصيل في الجرافين ، ويرجع ذلك إلى التفاعل بين الإلكترونات و "bogolons" بدلاً من الفونونات في نظام BCS النموذجي.Bogolons أو Bogoliubov quasiparticles عبارة عن إثارة في BEC ، والتي لها خصائص معينة للجسيمات.ضمن نطاقات معلمات معينة ، تسمح هذه الآلية لدرجة الحرارة الحرجة فائقة التوصيل في الجرافين بالوصول إلى 70 كلفن.طور الباحثون أيضًا نظرية BCS المجهرية الجديدة التي تركز بشكل خاص على الأنظمة القائمة على الجرافين الهجين الجديد.يتنبأ النموذج الذي اقترحوه أيضًا أن خصائص الموصلية الفائقة يمكن أن تزداد مع درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى اعتماد درجة حرارة غير رتيبة لفجوة التوصيل الفائق.
بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات أن تشتت ديراك من الجرافين محفوظ في هذا المخطط بوساطة البوغولون.يشير هذا إلى أن آلية التوصيل الفائق هذه تتضمن إلكترونات ذات تشتت نسبي ، ولم يتم استكشاف هذه الظاهرة جيدًا في فيزياء المادة المكثفة.
يكشف هذا العمل عن طريقة أخرى لتحقيق الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية.في الوقت نفسه ، من خلال التحكم في خصائص المكثف ، يمكننا ضبط الموصلية الفائقة للجرافين.يوضح هذا طريقة أخرى للتحكم في الأجهزة فائقة التوصيل في المستقبل.
الوقت ما بعد: 16 يوليو - 2021 
