ზეგამტარობა ფიზიკური ფენომენია, რომლის დროსაც მასალის ელექტრული წინაღობა ნულამდე ეცემა გარკვეულ კრიტიკულ ტემპერატურაზე. ბარდინ-კუპერ-შრიფერის (BCS) თეორია ეფექტური ახსნაა, რომელიც აღწერს ზეგამტარობას მასალების უმეტესობაში. იგი მიუთითებს, რომ კუპერის ელექტრონული წყვილები წარმოიქმნება ბროლის ბადეში საკმარისად დაბალ ტემპერატურაზე და რომ BCS ზეგამტარობა მათი კონდენსაციის შედეგად მოდის. მიუხედავად იმისა, რომ გრაფენი თავად შესანიშნავი ელექტროგამტარია, ის არ ავლენს BCS ზეგამტარობას ელექტრონ-ფონონის ურთიერთქმედების დათრგუნვის გამო. სწორედ ამიტომ, „კარგი“ გამტარების უმეტესობა (როგორიცაა ოქრო და სპილენძი) „ცუდი“ ზეგამტარებია.
საბაზისო მეცნიერების ინსტიტუტის (IBS, სამხრეთ კორეა) კომპლექსური სისტემების თეორიული ფიზიკის ცენტრის (PCS) მკვლევრებმა გრაფენში ზეგამტარობის მიღწევის ახალი ალტერნატიული მექანიზმი წარმოადგინეს. მათ ეს მიღწევა გრაფენისა და ორგანზომილებიანი ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის (BEC)გან შემდგარი ჰიბრიდული სისტემის შეთავაზებით შეძლეს. კვლევა ჟურნალ „2D Materials“-ში გამოქვეყნდა.
ჰიბრიდული სისტემა, რომელიც შედგება გრაფენის ელექტრონული აირისგან (ზედა ფენა), გამოყოფილი ორგანზომილებიანი ბოზე-აინშტაინის კონდენსატისგან, წარმოდგენილი არაპირდაპირი ექსციტონებით (ლურჯი და წითელი ფენები). გრაფენში ელექტრონები და ექსციტონები ერთმანეთთან დაკავშირებულია კულონის ძალით.
(ა) ბოგოლონის შუამავლობით მიმდინარე პროცესში ზეგამტარი უფსკრულის ტემპერატურული დამოკიდებულება ტემპერატურის კორექციით (წყვეტილი ხაზი) და ტემპერატურის კორექციის გარეშე (მუდმივი ხაზი). (ბ) ბოგოლონის შუამავლობით მიმდინარე ურთიერთქმედებებისთვის ზეგამტარი გადასვლის კრიტიკული ტემპერატურა კონდენსატის სიმკვრივის ფუნქციად (წითელი წყვეტილი ხაზი) და ტემპერატურის კორექციის გარეშე (შავი მუდმივი ხაზი). ლურჯი წყვეტილი ხაზი აჩვენებს BKT გადასვლის ტემპერატურას კონდენსატის სიმკვრივის ფუნქციად.
ზეგამტარობის გარდა, BEC კიდევ ერთი ფენომენია, რომელიც დაბალ ტემპერატურაზე ხდება. ეს არის მატერიის მეხუთე მდგომარეობა, რომელიც პირველად აინშტაინმა იწინასწარმეტყველა 1924 წელს. BEC-ის წარმოქმნა ხდება მაშინ, როდესაც დაბალი ენერგიის ატომები იკრიბებიან და ერთსა და იმავე ენერგეტიკულ მდგომარეობაში შედიან, რაც კონდენსირებული მატერიის ფიზიკის ფართო კვლევის სფეროა. ჰიბრიდული ბოზე-ფერმის სისტემა არსებითად წარმოადგენს ელექტრონების ფენის ურთიერთქმედებას ბოზონების ფენასთან, როგორიცაა არაპირდაპირი ექსციტონები, ექსციტონ-პოლარონები და ა.შ. ბოზესა და ფერმის ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედებამ გამოიწვია მრავალფეროვანი ახალი და მომხიბვლელი ფენომენები, რამაც ორივე მხარის ინტერესი გამოიწვია. ძირითადი და გამოყენებაზე ორიენტირებული შეხედულება.
ამ ნაშრომში მკვლევრებმა აღწერეს გრაფენში ახალი ზეგამტარობის მექანიზმი, რომელიც განპირობებულია ელექტრონებსა და „ბოგოლონებს“ შორის ურთიერთქმედებით და არა ტიპიური BCS სისტემაში ფონონებით. ბოგოლონები ან ბოგოლიუბოვის კვაზინაწილაკები BEC-ში აგზნებებია, რომლებსაც ნაწილაკების გარკვეული მახასიათებლები აქვთ. გარკვეული პარამეტრების დიაპაზონში, ეს მექანიზმი საშუალებას აძლევს გრაფენში ზეგამტარობის კრიტიკულ ტემპერატურას 70 კელვინამდე მიაღწიოს. მკვლევრებმა ასევე შეიმუშავეს ახალი მიკროსკოპული BCS თეორია, რომელიც კონკრეტულად ფოკუსირებულია ახალ ჰიბრიდულ გრაფენზე დაფუძნებულ სისტემებზე. მათ მიერ შემოთავაზებული მოდელი ასევე პროგნოზირებს, რომ ზეგამტარობის თვისებები შეიძლება გაიზარდოს ტემპერატურასთან ერთად, რაც იწვევს ზეგამტარობის უფსკრულის არამონოტონურ ტემპერატურულ დამოკიდებულებას.
გარდა ამისა, კვლევებმა აჩვენა, რომ გრაფენის დირაკის დისპერსია შენარჩუნებულია ამ ბოგოლონის შუამავლობით სქემაში. ეს მიუთითებს, რომ ეს ზეგამტარი მექანიზმი მოიცავს ელექტრონებს რელატივისტური დისპერსიით და ეს ფენომენი კარგად არ არის შესწავლილი კონდენსირებული მატერიის ფიზიკაში.
ეს ნაშრომი მაღალტემპერატურულ ზეგამტარობის მიღწევის კიდევ ერთ გზას ავლენს. ამავდროულად, კონდენსატის თვისებების კონტროლით, ჩვენ შეგვიძლია გრაფენის ზეგამტარობის რეგულირება. ეს მომავალში ზეგამტარი მოწყობილობების კონტროლის კიდევ ერთ გზას აჩვენებს.
გამოქვეყნების დრო: 2021 წლის 16 ივლისი 
