Superkonduktivitas adalah fenomena fisik di mana resistansi listrik suatu material turun hingga nol pada suhu kritis tertentu. Teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) adalah penjelasan efektif yang menggambarkan superkonduktivitas di sebagian besar material. Teori ini menunjukkan bahwa pasangan elektron Cooper terbentuk dalam kisi kristal pada suhu yang cukup rendah, dan bahwa superkonduktivitas BCS berasal dari kondensasinya. Meskipun grafena sendiri merupakan konduktor listrik yang sangat baik, grafena tidak menunjukkan superkonduktivitas BCS karena penekanan interaksi elektron-fonon. Inilah sebabnya mengapa sebagian besar konduktor "baik" (seperti emas dan tembaga) merupakan superkonduktor "buruk".
Para peneliti di Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) di Institute of Basic Science (IBS, Korea Selatan) melaporkan mekanisme alternatif baru untuk mencapai superkonduktivitas dalam grafena. Mereka mencapai prestasi ini dengan mengusulkan sistem hibrida yang terdiri dari grafena dan kondensat Bose-Einstein dua dimensi (BEC). Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal 2D Materials.
Sistem hibrida yang terdiri dari gas elektron (lapisan atas) dalam grafen, dipisahkan dari kondensat Bose-Einstein dua dimensi, yang diwakili oleh eksiton tidak langsung (lapisan biru dan merah). Elektron dan eksiton dalam grafen digandengkan oleh gaya Coulomb.
(a) Ketergantungan suhu celah superkonduktor dalam proses yang dimediasi bogolon dengan koreksi suhu (garis putus-putus) dan tanpa koreksi suhu (garis padat). (b) Suhu kritis transisi superkonduktor sebagai fungsi kepadatan kondensat untuk interaksi yang dimediasi bogolon dengan (garis putus-putus merah) dan tanpa koreksi suhu (garis padat hitam). Garis putus-putus biru menunjukkan suhu transisi BKT sebagai fungsi kepadatan 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 bersama dan memasuki keadaan energi yang sama, yang merupakan bidang penelitian ekstensif dalam fisika benda terkondensasi. Sistem Bose-Fermi hibrida pada dasarnya menggambarkan 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 karya ini, para peneliti melaporkan mekanisme superkonduktor baru dalam graphene, yang disebabkan oleh interaksi antara elektron dan "bogolon" daripada fonon dalam sistem BCS yang umum. Bogolon atau kuasipartikel Bogoliubov adalah eksitasi dalam BEC, yang memiliki karakteristik partikel tertentu. Dalam rentang parameter tertentu, mekanisme ini memungkinkan suhu kritis superkonduktor dalam graphene mencapai setinggi 70 Kelvin. Para peneliti juga telah mengembangkan teori BCS mikroskopis baru yang secara khusus berfokus pada sistem berdasarkan graphene hibrida baru. Model yang mereka usulkan juga memprediksi bahwa sifat superkonduktor dapat meningkat seiring dengan suhu, yang menghasilkan ketergantungan suhu non-monotonik dari celah superkonduktor.
Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa dispersi Dirac dari graphene dipertahankan dalam skema yang dimediasi bogolon ini. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme superkonduktor ini melibatkan elektron dengan dispersi relativistik, dan fenomena ini belum dieksplorasi dengan baik dalam fisika benda terkondensasi.
Karya ini mengungkap cara lain untuk mencapai superkonduktivitas suhu tinggi. Pada saat yang sama, dengan mengendalikan sifat kondensat, kita dapat menyesuaikan superkonduktivitas grafena. Ini menunjukkan cara lain untuk mengendalikan perangkat superkonduktor di masa mendatang.
Waktu posting: 16-Jul-2021 
