A supercondutividade é um fenômeno físico no qual a resistência elétrica de um material cai a zero a uma determinada temperatura crítica. A teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) é uma explicação eficaz, que descreve a supercondutividade na maioria dos materiais. Ela aponta que os pares de elétrons de Cooper são formados na rede cristalina a uma temperatura suficientemente baixa e que a supercondutividade BCS provém de sua condensação. Embora o grafeno em si seja um excelente condutor elétrico, ele não apresenta supercondutividade BCS devido à supressão da interação elétron-fônon. É por isso que a maioria dos "bons" condutores (como ouro e cobre) são supercondutores "ruins".
Pesquisadores do Centro de Física Teórica de Sistemas Complexos (PCS) do Instituto de Ciências Básicas (IBS, Coreia do Sul) relataram um novo mecanismo alternativo para atingir a supercondutividade no grafeno. Eles alcançaram esse feito propondo um sistema híbrido composto de grafeno e condensado de Bose-Einstein bidimensional (BEC). A pesquisa foi publicada na revista 2D Materials.
Um sistema híbrido constituído por gás de elétrons (camada superior) em grafeno, separado do condensado de Bose-Einstein bidimensional, representado por éxcitons indiretos (camadas azul e vermelha). Os elétrons e éxcitons no grafeno são acoplados pela força de Coulomb.
(a) Dependência da temperatura da lacuna supercondutora no processo mediado por Bogolon com correção de temperatura (linha tracejada) e sem correção de temperatura (linha contínua). (b) Temperatura crítica da transição supercondutora em função da densidade do condensado para interações mediadas por Bogolon com (linha tracejada vermelha) e sem (linha contínua preta) correção de temperatura. A linha tracejada azul mostra a temperatura de transição BKT em função da densidade do condensado.
Além da supercondutividade, a supercondutividade booleana (BEC) é outro fenômeno que ocorre em baixas temperaturas. É o quinto estado da matéria previsto pela primeira vez por Einstein em 1924. A formação da BEC ocorre quando átomos de baixa energia se reúnem e entram no mesmo estado energético, o que é um campo de extensa pesquisa em física da matéria condensada. O sistema híbrido de Bose-Fermi representa essencialmente a interação de uma camada de elétrons com uma camada de bósons, como éxcitons indiretos, éxciton-polarons e assim por diante. A interação entre partículas de Bose e Fermi levou a uma variedade de fenômenos novos e fascinantes, que despertaram o interesse de ambas as partes. Visão básica e orientada para aplicações.
Neste trabalho, os pesquisadores relataram um novo mecanismo supercondutor no grafeno, que se deve à interação entre elétrons e "bogolons", em vez de fônons, em um sistema BCS típico. Bogolons ou quasipartículas de Bogoliubov são excitações em BEC, que apresentam certas características de partículas. Dentro de certas faixas de parâmetros, esse mecanismo permite que a temperatura crítica supercondutora no grafeno atinja até 70 Kelvin. Os pesquisadores também desenvolveram uma nova teoria BCS microscópica que se concentra especificamente em sistemas baseados no novo grafeno híbrido. O modelo que eles propuseram também prevê que as propriedades supercondutoras podem aumentar com a temperatura, resultando em uma dependência não monotônica da temperatura da lacuna supercondutora.
Além disso, estudos demonstraram que a dispersão de Dirac do grafeno é preservada neste esquema mediado por bogolon. Isso indica que esse mecanismo supercondutor envolve elétrons com dispersão relativística, fenômeno ainda pouco explorado na física da matéria condensada.
Este trabalho revela outra maneira de atingir a supercondutividade em altas temperaturas. Ao mesmo tempo, controlando as propriedades do condensado, podemos ajustar a supercondutividade do grafeno. Isso mostra outra maneira de controlar dispositivos supercondutores no futuro.
Data de publicação: 16 de julho de 2021 
