La supraconductivité est un phénomène physique dans lequel la résistance électrique d'un matériau tombe à zéro à une certaine température critique.La théorie de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) est une explication efficace, qui décrit la supraconductivité dans la plupart des matériaux.Il souligne que les paires d'électrons de Cooper se forment dans le réseau cristallin à une température suffisamment basse, et que la supraconductivité BCS provient de leur condensation.Bien que le graphène lui-même soit un excellent conducteur électrique, il ne présente pas de supraconductivité BCS en raison de la suppression de l'interaction électron-phonon.C'est pourquoi la plupart des « bons » conducteurs (comme l'or et le cuivre) sont de « mauvais » supraconducteurs.
Des chercheurs du Centre de physique théorique des systèmes complexes (PCS) de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud) ont signalé un nouveau mécanisme alternatif pour obtenir la supraconductivité dans le graphène.Ils ont réussi cet exploit en proposant un système hybride composé de graphène et de condensat de Bose-Einstein bidimensionnel (BEC).La recherche a été publiée dans la revue 2D Materials.
Un système hybride constitué de gaz d'électrons (couche supérieure) dans le graphène, séparé du condensat bidimensionnel de Bose-Einstein, représenté par des excitons indirects (couches bleues et rouges).Les électrons et les excitons du graphène sont couplés par la force de Coulomb.
( a ) La dépendance à la température de l'écart supraconducteur dans le processus médié par le bogolon avec correction de température (ligne pointillée) et sans correction de température (ligne continue).( b ) La température critique de la transition supraconductrice en fonction de la densité du condensat pour les interactions médiées par le bogolon avec (ligne pointillée rouge) et sans (ligne continue noire) correction de température.La ligne pointillée bleue montre la température de transition BKT en fonction de la densité du condensat.
En plus de la supraconductivité, le BEC est un autre phénomène qui se produit à basse température.C'est le cinquième état de la matière prédit pour la première fois par Einstein en 1924. La formation de BEC se produit lorsque des atomes de faible énergie se rassemblent et entrent dans le même état d'énergie, qui est un domaine de recherche approfondie en physique de la matière condensée.Le système hybride Bose-Fermi représente essentiellement l'interaction d'une couche d'électrons avec une couche de bosons, tels que les excitons indirects, les excitons-polarons, etc.L'interaction entre les particules de Bose et de Fermi a conduit à une variété de phénomènes nouveaux et fascinants, qui ont suscité l'intérêt des deux parties.Vue de base et orientée application.
Dans ce travail, les chercheurs ont signalé un nouveau mécanisme supraconducteur dans le graphène, qui est dû à l'interaction entre les électrons et les "bogolons" plutôt qu'aux phonons dans un système BCS typique.Les bogolons ou quasiparticules de Bogoliubov sont des excitations dans BEC, qui ont certaines caractéristiques de particules.Dans certaines plages de paramètres, ce mécanisme permet à la température critique supraconductrice dans le graphène d'atteindre 70 Kelvin.Les chercheurs ont également développé une nouvelle théorie BCS microscopique qui se concentre spécifiquement sur les systèmes basés sur le nouveau graphène hybride.Le modèle qu'ils ont proposé prédit également que les propriétés supraconductrices peuvent augmenter avec la température, ce qui entraîne une dépendance à la température non monotone de l'espace supraconducteur.
De plus, des études ont montré que la dispersion de Dirac du graphène est préservée dans ce schéma médié par le bogolon.Cela indique que ce mécanisme supraconducteur implique des électrons à dispersion relativiste, et ce phénomène n'a pas été bien exploré en physique de la matière condensée.
Ce travail révèle une autre voie pour atteindre la supraconductivité à haute température.Dans le même temps, en contrôlant les propriétés du condensat, nous pouvons ajuster la supraconductivité du graphène.Cela montre une autre façon de contrôler les dispositifs supraconducteurs à l'avenir.
Heure de publication : 16 juillet 2021 
