Mae uwchddargludedd yn ffenomen ffisegol lle mae gwrthiant trydanol deunydd yn gostwng i sero ar dymheredd critigol penodol. Mae damcaniaeth Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) yn esboniad effeithiol, sy'n disgrifio'r uwchddargludedd yn y rhan fwyaf o ddeunyddiau. Mae'n tynnu sylw at y ffaith bod parau electron Cooper yn cael eu ffurfio yn y dellt grisial ar dymheredd digon isel, a bod uwchddargludedd BCS yn dod o'u cyddwysiad. Er bod graffen ei hun yn ddargludydd trydanol rhagorol, nid yw'n arddangos uwchddargludedd BCS oherwydd atal rhyngweithio electron-ffonon. Dyma pam mae'r rhan fwyaf o ddargludyddion "da" (fel aur a chopr) yn uwchddargludyddion "drwg".
Adroddodd ymchwilwyr yng Nghanolfan Ffiseg Damcaniaethol Systemau Cymhleth (PCS) yn Sefydliad Gwyddoniaeth Sylfaenol (IBS, De Korea) am fecanwaith amgen newydd i gyflawni uwchddargludedd mewn graffen. Fe wnaethant gyflawni'r gamp hon drwy gynnig system hybrid sy'n cynnwys graffen a chyddwysiad dau ddimensiwn Bose-Einstein (BEC). Cyhoeddwyd yr ymchwil yn y cyfnodolyn 2D Materials.
System hybrid sy'n cynnwys nwy electron (haen uchaf) mewn graffen, wedi'i wahanu oddi wrth y cyddwysiad Bose-Einstein dau ddimensiwn, a gynrychiolir gan excitonau anuniongyrchol (haenau glas a choch). Mae'r electronau a'r excitonau mewn graffen wedi'u cyplysu gan rym Coulomb.
(a) Dibyniaeth tymheredd y bwlch uwchddargludol yn y broses a gyfryngir gan bogolon gyda chywiriad tymheredd (llinell doredig) a heb gywiriad tymheredd (llinell solet). (b) Tymheredd critigol y trawsnewidiad uwchddargludol fel swyddogaeth o ddwysedd cyddwysiad ar gyfer rhyngweithiadau a gyfryngir gan bogolon gyda (llinell doredig goch) a heb (llinell solet ddu) gywiriad tymheredd. Mae'r llinell ddotiog las yn dangos tymheredd y trawsnewidiad BKT fel swyddogaeth o ddwysedd cyddwysiad.
Yn ogystal ag uwchddargludedd, mae BEC yn ffenomen arall sy'n digwydd ar dymheredd isel. Dyma'r pumed cyflwr mater a ragfynegwyd gyntaf gan Einstein ym 1924. Mae ffurfio BEC yn digwydd pan fydd atomau ynni isel yn ymgynnull ac yn mynd i mewn i'r un cyflwr ynni, sy'n faes ymchwil helaeth mewn ffiseg mater cyddwys. Yn ei hanfod, mae'r system hybrid Bose-Fermi yn cynrychioli rhyngweithio haen o electronau â haen o fosonau, fel excitonau anuniongyrchol, exciton-polaronau, ac yn y blaen. Arweiniodd y rhyngweithio rhwng gronynnau Bose a Fermi at amrywiaeth o ffenomenau newydd a diddorol, a ddenodd ddiddordeb y ddwy ochr. Golwg sylfaenol ac sy'n canolbwyntio ar gymwysiadau.
Yn y gwaith hwn, adroddodd yr ymchwilwyr am fecanwaith uwchddargludol newydd mewn graffen, sydd oherwydd y rhyngweithio rhwng electronau a "bogolonau" yn hytrach na'r ffononau mewn system BCS nodweddiadol. Mae Bogolonau neu gwasi-ronynnau Bogoliubov yn gyffroadau mewn BEC, sydd â nodweddion penodol gronynnau. O fewn rhai ystodau paramedr, mae'r mecanwaith hwn yn caniatáu i'r tymheredd critigol uwchddargludol mewn graffen gyrraedd mor uchel â 70 Kelvin. Mae ymchwilwyr hefyd wedi datblygu damcaniaeth BCS microsgopig newydd sy'n canolbwyntio'n benodol ar systemau yn seiliedig ar graffen hybrid newydd. Mae'r model a gynigiasant hefyd yn rhagweld y gall y priodweddau uwchddargludol gynyddu gyda thymheredd, gan arwain at ddibyniaeth tymheredd an-monotonig y bwlch uwchddargludol.
Yn ogystal, mae astudiaethau wedi dangos bod gwasgariad Dirac graffen yn cael ei gadw yn y cynllun hwn a gyfryngir gan bogolon. Mae hyn yn dangos bod y mecanwaith uwchddargludol hwn yn cynnwys electronau â gwasgariad cymharol, ac nid yw'r ffenomen hon wedi'i harchwilio'n dda mewn ffiseg mater cyddwys.
Mae'r gwaith hwn yn datgelu ffordd arall o gyflawni uwchddargludedd tymheredd uchel. Ar yr un pryd, trwy reoli priodweddau'r cyddwysiad, gallwn addasu uwchddargludedd graffen. Mae hyn yn dangos ffordd arall o reoli dyfeisiau uwchddargludol yn y dyfodol.
Amser postio: Gorff-16-2021 
