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 des paires d'électrons 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 électronique-phonon. C'est pourquoi la plupart des «bons» conducteurs (comme l'or et le cuivre) sont de «mauvais» supraconducteurs.
Des chercheurs du Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) de l'Institute of Basic Science (IBS, Corée du Sud) ont rapporté un nouveau mécanisme alternatif pour atteindre la supraconductivité dans le graphène. Ils ont obtenu cet exploit en proposant un système hybride composé de graphène et de condensat Bose-Einstein bidimensionnel (BEC). La recherche a été publiée dans la revue 2D Materials.
Un système hybride composé d'électrons (couche supérieure) dans du graphène, séparé du condensat Bose-Einstein bidimensionnel, représenté par des excitons indirects (couches bleues et rouges). Les électrons et les excitons en graphène sont couplés par la force de Coulomb.
(a) La dépendance à la température de l'écart supraconducteur dans le processus médié par Bogolon avec correction de la température (ligne pointillée) et sans correction de la 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 la correction de température (ligne en pointillés rouge) et sans (ligne continue noire). 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 matière prédit pour la première fois par Einstein en 1924. La formation de BEC se produit lorsque les atomes de basse énergie se rassemblent et entrent dans le même état d'énergie, qui est un domaine de recherches approfondies 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 des excitons indirects, des exciton-Polarons, etc. L'interaction entre les particules de Bose et de Fermi a conduit à une variété de phénomènes nouveaux et fascinants, ce qui a suscité l'intérêt des deux parties. Vue de base et axée sur l'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 que les phonons dans un système BCS typique. Les bogolons ou les quasiparticules de bogoliubov sont des excitations dans le BEC, qui ont certaines caractéristiques des particules. Dans certaines gammes de paramètres, ce mécanisme permet à la température critique supraconductrice dans le graphène d'atteindre jusqu'à 70 Kelvin. Les chercheurs ont également développé une nouvelle théorie microscopique de BCS qui se concentre spécifiquement sur des systèmes basés sur de nouveaux graphènes hybrides. Le modèle qu'ils ont proposé prédit également que les propriétés supraconductrices peuvent augmenter avec la température, entraînant une dépendance à la température non monotonique de l'écart supraconducteur.
De plus, des études ont montré que la dispersion de Dirac du graphène est préservée dans ce schéma médié par Bogolon. Cela indique que ce mécanisme supraconducteur implique des électrons avec une dispersion relativiste, et ce phénomène n'a pas été bien exploré dans la physique de la matière condensée.
Ce travail révèle une autre façon d'obtenir une supraconductivité à haute température. En même temps, en contrôlant les propriétés du condensat, nous pouvons ajuster la supraconductivité du graphène. Cela montre une autre façon de contrôler les appareils supraconducteurs à l'avenir.
Temps de poste: juillet 16-2021 
