Superkonduktivitas adalah fenomena fisik di mana hambatan listrik suatu material turun menjadi nol pada suhu kritis tertentu. Teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) adalah penjelasan yang efektif, yang menggambarkan superkonduktivitas pada sebagian besar material. Teori ini menunjukkan bahwa pasangan elektron Cooper terbentuk dalam kisi kristal pada suhu yang cukup rendah, dan superkonduktivitas BCS berasal dari kondensasi pasangan elektron tersebut. Meskipun graphene sendiri merupakan konduktor listrik yang sangat baik, ia tidak menunjukkan superkonduktivitas BCS karena penekanan interaksi elektron-fonon. Inilah mengapa sebagian besar konduktor "baik" (seperti emas dan tembaga) adalah superkonduktor "buruk".
Para peneliti di Pusat Fisika Teoretis Sistem Kompleks (PCS) di Institut Ilmu Dasar (IBS, Korea Selatan) melaporkan mekanisme alternatif baru untuk mencapai superkonduktivitas pada grafena. Mereka mencapai prestasi ini dengan mengusulkan sistem hibrida yang terdiri dari grafena dan kondensat Bose-Einstein (BEC) dua dimensi. Penelitian ini diterbitkan dalam jurnal 2D Materials.
Sistem hibrida yang terdiri dari gas elektron (lapisan atas) dalam grafena, terpisah dari kondensat Bose-Einstein dua dimensi, yang diwakili oleh eksiton tidak langsung (lapisan biru dan merah). Elektron dan eksiton dalam grafena dihubungkan oleh gaya Coulomb.
(a) Ketergantungan suhu dari celah superkonduktivitas dalam proses yang dimediasi bogolon dengan koreksi suhu (garis putus-putus) dan tanpa koreksi suhu (garis penuh). (b) Suhu kritis transisi superkonduktivitas sebagai fungsi kerapatan kondensat untuk interaksi yang dimediasi bogolon dengan (garis putus-putus merah) dan tanpa (garis penuh hitam) koreksi suhu. Garis titik-titik biru menunjukkan suhu transisi BKT sebagai fungsi kerapatan kondensat.
Selain superkonduktivitas, BEC adalah fenomena lain yang terjadi pada suhu rendah. Ini adalah keadaan materi kelima yang pertama kali diprediksi oleh Einstein pada tahun 1924. Pembentukan BEC terjadi ketika atom-atom berenergi rendah berkumpul dan memasuki keadaan energi yang sama, yang merupakan bidang penelitian yang luas dalam fisika materi terkondensasi. Sistem hibrida Bose-Fermi pada dasarnya mewakili interaksi lapisan elektron dengan lapisan boson, seperti eksiton tidak langsung, eksiton-polaron, dan sebagainya. Interaksi antara partikel Bose dan Fermi menghasilkan berbagai fenomena baru dan menarik, yang membangkitkan minat kedua belah pihak. Pandangan dasar dan berorientasi aplikasi.
Dalam penelitian ini, para peneliti melaporkan mekanisme superkonduktivitas baru pada grafena, yang disebabkan oleh interaksi antara elektron dan "bogolon" alih-alih fonon dalam sistem BCS tipikal. Bogolon atau kuasipartikel Bogoliubov adalah eksitasi dalam BEC, yang memiliki karakteristik partikel tertentu. Dalam rentang parameter tertentu, mekanisme ini memungkinkan suhu kritis superkonduktivitas pada grafena mencapai setinggi 70 Kelvin. Para peneliti juga telah mengembangkan teori BCS mikroskopis baru yang secara khusus berfokus pada sistem berbasis grafena hibrida baru. Model yang mereka usulkan juga memprediksi bahwa sifat superkonduktivitas dapat meningkat seiring dengan suhu, menghasilkan ketergantungan suhu non-monotonik dari celah superkonduktivitas.
Selain itu, penelitian menunjukkan bahwa dispersi Dirac pada grafena tetap terjaga dalam skema yang dimediasi oleh bogolon ini. Hal ini mengindikasikan bahwa mekanisme superkonduktivitas ini melibatkan elektron dengan dispersi relativistik, dan fenomena ini belum banyak dieksplorasi dalam fisika materi terkondensasi.
Penelitian ini mengungkap cara lain untuk mencapai superkonduktivitas suhu tinggi. Pada saat yang sama, dengan mengendalikan sifat-sifat kondensat, kita dapat mengatur superkonduktivitas graphene. Ini menunjukkan cara lain untuk mengendalikan perangkat superkonduktor di masa depan.
Waktu posting: 16 Juli 2021 
