Upitishaji wa juu ni jambo la kimwili ambapo upinzani wa umeme wa nyenzo hushuka hadi sifuri katika halijoto fulani muhimu. Nadharia ya Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) ni maelezo yenye ufanisi, ambayo yanaelezea upitishaji wa juu katika nyenzo nyingi. Inaonyesha kwamba jozi za elektroni za Cooper huundwa kwenye kimiani ya fuwele kwa halijoto ya chini ya kutosha, na kwamba upitishaji wa juu wa BCS hutokana na mgandamizo wao. Ingawa graphene yenyewe ni kondakta bora wa umeme, haionyeshi upitishaji wa juu wa BCS kutokana na kukandamizwa kwa mwingiliano wa elektroni-foni. Hii ndiyo sababu kondakta wengi "wazuri" (kama vile dhahabu na shaba) ni kondakta "mbaya" wa juu.
Watafiti katika Kituo cha Fizikia ya Nadharia ya Mifumo Changamano (PCS) katika Taasisi ya Sayansi ya Msingi (IBS, Korea Kusini) waliripoti utaratibu mpya mbadala wa kufikia upitishaji wa juu wa graphene. Walifanikisha hili kwa kupendekeza mfumo mseto ulioundwa na graphene na kondensati ya Bose-Einstein yenye pande mbili (BEC). Utafiti huo ulichapishwa katika jarida la 2D Materials.
Mfumo mseto unaojumuisha gesi ya elektroni (safu ya juu) katika grafini, iliyotengwa na kondensati ya Bose-Einstein yenye pande mbili, inayowakilishwa na vichocheo visivyo vya moja kwa moja (safu za bluu na nyekundu). Elektroni na vichocheo katika grafini vimeunganishwa na nguvu ya Coulomb.
(a) Utegemezi wa halijoto wa pengo la upitishaji wa juu katika mchakato unaosimamiwa na bogoloni pamoja na marekebisho ya halijoto (mstari uliopigwa densi) na bila marekebisho ya halijoto (mstari mgumu). (b) Halijoto muhimu ya mpito wa upitishaji wa juu kama kazi ya msongamano wa mgandamizo kwa mwingiliano unaosimamiwa na bogoloni na (mstari mwekundu uliopigwa densi) na bila marekebisho ya halijoto (mstari mgumu mweusi). Mstari wa bluu wenye nukta unaonyesha halijoto ya mpito ya BKT kama kazi ya msongamano wa mgandamizo.
Mbali na upitishaji wa nguvu zaidi, BEC ni jambo lingine linalotokea katika halijoto ya chini. Ni hali ya tano ya maada iliyotabiriwa kwa mara ya kwanza na Einstein mnamo 1924. Uundaji wa BEC hutokea wakati atomi zenye nishati ya chini zinapokusanyika pamoja na kuingia katika hali ile ile ya nishati, ambayo ni uwanja wa utafiti wa kina katika fizikia ya maada iliyofupishwa. Mfumo mseto wa Bose-Fermi kimsingi unawakilisha mwingiliano wa safu ya elektroni yenye safu ya bosons, kama vile exciton zisizo za moja kwa moja, exciton-polarons, na kadhalika. Mwingiliano kati ya chembe za Bose na Fermi ulisababisha matukio mbalimbali mapya na ya kuvutia, ambayo yaliamsha shauku ya pande zote mbili. Mtazamo wa msingi na unaozingatia matumizi.
Katika kazi hii, watafiti waliripoti utaratibu mpya wa upitishaji nguvu katika graphene, ambao unatokana na mwingiliano kati ya elektroni na "bogoloni" badala ya fonetiki katika mfumo wa kawaida wa BCS. Bogoloni au Bogoliubov quasiparticles ni vichocheo katika BEC, ambavyo vina sifa fulani za chembe. Ndani ya safu fulani za vigezo, utaratibu huu huruhusu halijoto muhimu ya upitishaji nguvu katika graphene kufikia kiwango cha juu cha 70 Kelvin. Watafiti pia wameunda nadharia mpya ya BCS ya hadubini ambayo inazingatia haswa mifumo inayotegemea graphene mpya mseto. Mfano waliopendekeza pia unatabiri kwamba sifa za upitishaji nguvu zinaweza kuongezeka kadri halijoto inavyoongezeka, na kusababisha utegemezi wa halijoto usio wa monotoniki wa pengo la upitishaji nguvu.
Zaidi ya hayo, tafiti zimeonyesha kwamba mtawanyiko wa Dirac wa graphene umehifadhiwa katika mpango huu unaosimamiwa na bogoloni. Hii inaonyesha kwamba utaratibu huu wa upitishaji wa juu unahusisha elektroni zenye mtawanyiko wa relativistic, na jambo hili halijachunguzwa vizuri katika fizikia ya maada iliyofupishwa.
Kazi hii inaonyesha njia nyingine ya kufikia upitishaji wa juu wa joto la juu. Wakati huo huo, kwa kudhibiti sifa za kondensati, tunaweza kurekebisha upitishaji wa juu wa graphene. Hii inaonyesha njia nyingine ya kudhibiti vifaa vya upitishaji mkuu katika siku zijazo.
Muda wa chapisho: Julai-16-2021 
