超导是一种物理现象，材料的电阻在某个临界温度下降至零。Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 理论是描述大多数材料超导性的一个成熟解释。它指出，库珀电子对在足够低的温度下在晶格中形成，并且 BCS 超导性源于它们的凝聚。虽然石墨烯本身是一种优秀的电导体，但由于电子-声子相互作用的抑制，它不表现出 BCS 超导性。这也是大多数“优秀”导体如金和铜是“不良”超导体的原因。
　　韩国基础科学研究所(IBS, South Korea)复杂系统理论物理中心(PCS)的研究人员报告了一种新的替代机制，可以实现石墨烯的超导性。他们通过提出一个由石墨烯和二维玻色-爱因斯坦凝聚物(BEC)组成的混合系统来实现这一壮举。这项研究发表在 2D Materials上。

　　图1. 一种混合系统，由石墨烯(顶层)中的电子气与二维玻色-爱因斯坦凝聚态分离而成，由间接激子(蓝色和红色层)表示。在库仑力作用下，石墨烯中的电子与激子相互耦合。
　　除了超导性之外，BEC是在低温下产生的另一种现象。它是由爱因斯坦在1924年首次首次预测的第五种物质状态。当低能原子聚集在一起并进入相同的能量状态时，就会形成BEC，这是凝聚态物理中被广泛研究的一个领域。一个混合玻色-费米系统本质上表示一层电子与一层玻色子相互作用，如间接激子、激子-极化子等。玻色和费米粒子之间的相互作用导致了各种新奇有趣的现象，从基础和面向应用的角度都引起了人们的兴趣。
　　在这项工作中，研究人员报告了石墨烯的一种新的超导机制，它是由于电子和“bogolons”之间的相互作用而不是典型的BCS系统中的声子而产生的。Bogolons或Bogoliubov准粒子是BEC内部的激发，它具有粒子的某些特性。在一定的参数范围内，该机制允许石墨烯的超导临界温度达到70开尔文。研究人员还开发了一种新的微观BCS理论，该理论特别关注基于新型混合石墨烯的系统。他们提出的模型还预测，超导特性可以随着温度的升高而增强，从而导致超导间隙的非单调温度依赖性。
　　此外，研究表明，石墨烯的狄拉克色散在这种 bogolon 介导的方案中得以保留。这表明，这种超导机制涉及到电子的相对论性色散——这是一种在凝聚态物理中尚未得到充分探索的现象。
　　“这项工作为实现高温超导提供了另一种方法。同时，通过控制凝聚态的性质，我们可以调整石墨烯的超导性。这意味着未来将有另一种途径来控制超导体器件。”PCS IBS纳米结构中光-物质相互作用(LUMIN)团队的负责人Ivan Savenko解释道。

　　图2. (a)具有温度修正(虚线)和没有温度修正(实线)的bogolon介导过程超导间隙的温度依赖性。(b)具有(红色虚线)和没有(黑色实线)温度修正的bogolon介导的相互作用中超导转变的临界温度作为冷凝物密度的函数。蓝色虚线表示BKT转变温度作为冷凝物密度的函数。
　　◾ 文献信息：
　　Meng Sun, A V Parafilo, K H A Villegas, V M Kovalev, I G Savenko. Bose–Einstein condensate-mediated superconductivity in graphene. 2D Materials, 2021; 8 (3): 031004
　　DOI: 10.1088/2053-1583/ac0b49
　　文章来源：Carbontech