Superkonduktiviti ialah fenomena fizikal di mana rintangan elektrik sesuatu bahan jatuh kepada sifar pada suhu kritikal tertentu. Teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) ialah penjelasan yang berkesan, yang menerangkan superkonduktiviti dalam kebanyakan bahan. Ia menunjukkan bahawa pasangan elektron Cooper terbentuk dalam kekisi kristal pada suhu yang cukup rendah, dan superkonduktiviti BCS berasal daripada pemeluwapannya. Walaupun grafena itu sendiri merupakan konduktor elektrik yang sangat baik, ia tidak menunjukkan superkonduktiviti BCS disebabkan oleh penindasan interaksi elektron-fonon. Inilah sebabnya mengapa kebanyakan konduktor "baik" (seperti emas dan kuprum) adalah superkonduktor "buruk".
Penyelidik di Pusat Fizik Teori Sistem Kompleks (PCS) di Institut Sains Asas (IBS, Korea Selatan) melaporkan mekanisme alternatif baharu untuk mencapai superkonduktiviti dalam grafena. Mereka mencapai kejayaan ini dengan mencadangkan sistem hibrid yang terdiri daripada grafena dan kondensat Bose-Einstein dua dimensi (BEC). Kajian ini telah diterbitkan dalam jurnal 2D Materials.
Sistem hibrid yang terdiri daripada gas elektron (lapisan atas) dalam grafena, dipisahkan daripada kondensat Bose-Einstein dua dimensi, diwakili oleh eksiton tidak langsung (lapisan biru dan merah). Elektron dan eksiton dalam grafena digandingkan oleh daya Coulomb.
(a) Kebergantungan suhu bagi jurang superkonduktor dalam proses yang dimediasi bogolon dengan pembetulan suhu (garis putus-putus) dan tanpa pembetulan suhu (garis pepejal). (b) Suhu kritikal peralihan superkonduktor sebagai fungsi ketumpatan kondensat untuk interaksi yang dimediasi bogolon dengan pembetulan suhu (garis putus-putus merah) dan tanpa (garis pepejal hitam). Garis putus-putus biru menunjukkan suhu peralihan BKT sebagai fungsi ketumpatan kondensat.
Selain superkonduktiviti, BEC merupakan satu lagi fenomena yang berlaku pada suhu rendah. Ia merupakan keadaan jirim kelima yang pertama kali diramalkan oleh Einstein pada tahun 1924. Pembentukan BEC berlaku apabila atom bertenaga rendah berkumpul dan memasuki keadaan tenaga yang sama, yang merupakan bidang penyelidikan meluas dalam fizik jirim terkondensasi. Sistem hibrid Bose-Fermi pada asasnya mewakili interaksi lapisan elektron dengan lapisan boson, seperti eksiton tidak langsung, eksiton-polaron, dan sebagainya. Interaksi antara zarah Bose dan Fermi membawa kepada pelbagai fenomena baharu dan menarik, yang menimbulkan minat kedua-dua pihak. Pandangan asas dan berorientasikan aplikasi.
Dalam kajian ini, para penyelidik melaporkan mekanisme superkonduktor baharu dalam grafena, yang disebabkan oleh interaksi antara elektron dan "bogolon" dan bukannya fonon dalam sistem BCS biasa. Bogolon atau kuasipartikel Bogoliubov ialah pengujaan dalam BEC, yang mempunyai ciri-ciri zarah tertentu. Dalam julat parameter tertentu, mekanisme ini membolehkan suhu kritikal superkonduktor dalam grafena mencapai setinggi 70 Kelvin. Penyelidik juga telah membangunkan teori BCS mikroskopik baharu yang secara khusus menumpukan pada sistem berdasarkan grafena hibrid baharu. Model yang mereka cadangkan juga meramalkan bahawa sifat superkonduktor boleh meningkat dengan suhu, mengakibatkan kebergantungan suhu bukan monotonik pada jurang superkonduktor.
Di samping itu, kajian telah menunjukkan bahawa penyebaran Dirac grafena dipelihara dalam skema yang dimediasi bogolon ini. Ini menunjukkan bahawa mekanisme superkonduktor ini melibatkan elektron dengan penyebaran relativistik, dan fenomena ini belum diterokai dengan baik dalam fizik jirim terkondensasi.
Kerja ini mendedahkan satu lagi cara untuk mencapai superkonduktiviti suhu tinggi. Pada masa yang sama, dengan mengawal sifat-sifat kondensat, kita boleh melaraskan superkonduktiviti grafena. Ini menunjukkan satu lagi cara untuk mengawal peranti superkonduktiviti pada masa hadapan.
Masa siaran: 16 Julai 2021 
