Superkonduktivitas adalah fenomena fisika di mana resistansi listrik suatu material turun menjadi nol pada suhu kritis tertentu. Teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) merupakan 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 kondensasinya. Meskipun grafena sendiri merupakan konduktor listrik yang sangat baik, grafena tidak menunjukkan superkonduktivitas BCS karena adanya penekanan interaksi elektron-fonon. Inilah sebabnya mengapa sebagian besar konduktor "baik" (seperti emas dan tembaga) merupakan superkonduktor "buruk".
Para peneliti di Pusat Fisika Teoritis Sistem Kompleks (PCS) di Institut Sains Dasar (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 (BEC) dua dimensi. Penelitian ini dipublikasikan di jurnal 2D Materials.
Sistem hibrida yang terdiri dari gas elektron (lapisan atas) dalam grafen, terpisah dari kondensat Bose-Einstein dua dimensi, yang diwakili oleh eksiton tidak langsung (lapisan biru dan merah). Elektron dan eksiton dalam grafen terhubung 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 densitas kondensat untuk interaksi yang dimediasi bogolon dengan koreksi suhu (garis putus-putus merah) dan tanpa koreksi suhu (garis padat hitam). Garis putus-putus biru menunjukkan suhu transisi BKT sebagai fungsi densitas kondensat.
Selain superkonduktivitas, BEC merupakan fenomena lain yang terjadi pada suhu rendah. BEC merupakan wujud materi kelima yang pertama kali diprediksi oleh Einstein pada tahun 1924. Pembentukan BEC terjadi ketika atom-atom berenergi rendah berkumpul dan memasuki wujud energi yang sama, yang merupakan bidang penelitian ekstensif dalam fisika benda terkondensasi. Sistem hibrida Bose-Fermi pada dasarnya merepresentasikan interaksi lapisan elektron dengan lapisan boson, seperti eksiton tak langsung, eksiton-polaron, dan sebagainya. Interaksi antara partikel Bose dan Fermi menghasilkan berbagai fenomena baru dan menarik, yang menarik minat kedua belah pihak. Tampilan dasar dan berorientasi aplikasi.
Dalam penelitian ini, para peneliti melaporkan mekanisme superkonduktor baru pada grafena, yang disebabkan oleh interaksi antara elektron dan "bogolon", alih-alih fonon, dalam sistem BCS pada umumnya. Bogolon atau kuasipartikel Bogoliubov merupakan eksitasi dalam BEC, yang memiliki karakteristik partikel tertentu. Dalam rentang parameter tertentu, mekanisme ini memungkinkan suhu kritis superkonduktor pada grafena mencapai 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 superkonduktor dapat meningkat seiring dengan perubahan suhu, menghasilkan ketergantungan suhu non-monotonik pada celah superkonduktor.
Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa dispersi Dirac grafena terpelihara 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.
Penelitian ini mengungkap cara lain untuk mencapai superkonduktivitas suhu tinggi. Di saat yang sama, dengan mengendalikan sifat kondensat, kita dapat menyesuaikan superkonduktivitas grafena. Hal ini menunjukkan cara lain untuk mengendalikan perangkat superkonduktor di masa mendatang.
Waktu posting: 16-Jul-2021 
