الموصلية الفائقة هي ظاهرة مادية تنخفض فيها المقاومة الكهربائية للمادة إلى الصفر في درجة حرارة حرجة معينة. تعد نظرية Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) تفسيرًا فعالًا ، يصف الموصلية الفائقة في معظم المواد. يشير إلى أن أزواج Cooper Electron تتشكل في الشبكة البلورية عند درجة حرارة منخفضة بما فيه الكفاية ، وأن الموصلية الفائقة BCS تأتي من تكثيفها. على الرغم من أن الجرافين نفسه هو موصل كهربائي ممتاز ، إلا أنه لا يعرض الموصلية الفائقة BCS بسبب قمع تفاعل الإلكترون والفونون. هذا هو السبب في أن معظم الموصلات "الجيدة" (مثل الذهب والنحاس) هي موصلات فائقة "سيئة".
أبلغ الباحثون في مركز الفيزياء النظرية للأنظمة المعقدة (PCS) في معهد العلوم الأساسية (IBS ، كوريا الجنوبية) عن آلية بديلة جديدة لتحقيق الموصلية الفائقة في الجرافين. لقد حققوا هذا العمل الفذ من خلال اقتراح نظام هجين يتكون من الجرافين ومكثفات Bose-Einstein ثنائية الأبعاد (BEC). تم نشر البحث في مجلة 2D Materials.
نظام هجين يتكون من غاز الإلكترون (الطبقة العليا) في الجرافين ، مفصولة عن المكثفات ثنائية الأبعاد بوس إينشتاين ، ويمثلها الإكسيتات غير المباشرة (الطبقات الزرقاء والأحمر). تقترن الإلكترونات والإكسيتونات في الجرافين بواسطة Coulomb Force.
(أ) الاعتماد على درجة حرارة الفجوة الفائقة في العملية بوساطة بوجولون مع تصحيح درجة الحرارة (خط متقطع) وبدون تصحيح درجة الحرارة (خط صلب). (ب) درجة الحرارة الحرجة للانتقال الفائق التوصيل كدالة لكثافة المكثفات للتفاعلات بوساطة بوغولون مع (خط متقطع أحمر) وبدون تصحيح درجة حرارة (خط الصلب الأسود). يوضح الخط المنقط الأزرق درجة حرارة انتقال BKT كدالة لكثافة المكثفات.
بالإضافة إلى الموصلية الفائقة ، فإن BEC هي ظاهرة أخرى تحدث في درجات حرارة منخفضة. هذه هي الحالة الخامسة للمادة التي تنبأت بها آينشتاين لأول مرة في عام 1924. يحدث تشكيل BEC عندما تتجمع ذرات الطاقة المنخفضة ودخول نفس حالة الطاقة ، وهي مجال للبحث المكثف في فيزياء المادة المكثفة. يمثل نظام Bose-Fermi المختلط بشكل أساسي تفاعل طبقة من الإلكترونات مع طبقة من البوسونات ، مثل excitons غير المباشرة ، الإكسيتون بولارون ، وهكذا. أدى التفاعل بين جزيئات Bose و Fermi إلى مجموعة متنوعة من الظواهر الجديدة والرائعة ، التي أثارت اهتمام كلا الطرفين. عرض أساسي وتجهيز التطبيق.
في هذا العمل ، أبلغ الباحثون عن آلية توصيل فائقة جديدة في الجرافين ، ويرجع ذلك إلى التفاعل بين الإلكترونات و "Bogolons" بدلاً من الفونونات في نظام BCS نموذجي. Bogolons أو Bogoliubov quasiparticles هي الإثارة في BEC ، والتي لها خصائص معينة من الجسيمات. ضمن نطاقات معلمة معينة ، تتيح هذه الآلية للتوصيل الفائق بالتوصيل الحرجة في الجرافين أن يصل إلى 70 كيلفن. قام الباحثون أيضًا بتطوير نظرية BCS مجهرية جديدة تركز بشكل خاص على الأنظمة القائمة على الجرافين الهجين الجديد. يتنبأ النموذج الذي اقترحوه أيضًا أن خصائص التوصيل الفائق يمكن أن تزيد مع درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى اعتماد درجة حرارة غير متجانسة للفجوة الفائقة الموصل.
بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات أن تشتت Dirac للجرافين يتم الحفاظ عليه في هذا المخطط بوساطة Bogolon. يشير هذا إلى أن آلية التوصيل الفائقة هذه تتضمن الإلكترونات ذات التشتت النسبي ، ولم يتم استكشاف هذه الظاهرة بشكل جيد في فيزياء المادة المكثفة.
يكشف هذا العمل عن طريقة أخرى لتحقيق الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية. في الوقت نفسه ، من خلال التحكم في خصائص المكثفات ، يمكننا ضبط الموصلية الفائقة للجرافين. هذا يدل على طريقة أخرى للتحكم في الأجهزة الفائقة في المستقبل.
وقت النشر: يوليو -16-2021 
