超導(dǎo)是一種物理現(xiàn)象，材料的電阻在某個(gè)臨界溫度下降至零。Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 理論是一種行之有效的解釋，它描述了大多數(shù)材料中的超導(dǎo)性。它指出，庫(kù)珀電子對(duì)在足夠低的溫度下在晶格中形成，并且 BCS 超導(dǎo)性源于它們的凝聚。雖然石墨烯本身是一種極好的電導(dǎo)體，但由于電子-聲子相互作用的抑制，它不表現(xiàn)出 BCS 超導(dǎo)性。這也是大多數(shù)“好”導(dǎo)體（例如金和銅）是“壞”超導(dǎo)體的原因。

基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS，韓國(guó)）復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心 (PCS) 的研究人員報(bào)告了一種新的替代機(jī)制，可在石墨烯中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性。他們通過(guò)提出由石墨烯和二維玻色-愛(ài)因斯坦凝聚物 (BEC) 組成的混合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了這一壯舉。這項(xiàng)研究發(fā)表在2D 材料雜志上。

一種混合系統(tǒng)，由石墨烯中的電子氣（頂層）組成，與二維玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)分離，

由間接激子（藍(lán)色和紅色層）表示。石墨烯中的電子和激子通過(guò)庫(kù)侖力耦合。

 (a) 帶溫度校正（虛線）和不帶溫度校正（實(shí)線）的 bogolon 介導(dǎo)過(guò)程的超導(dǎo)間隙的溫度依賴性。(b) 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的臨界溫度與冷凝物密度的函數(shù)關(guān)系，用于 bogolon 介導(dǎo)的相互作用，有（紅色虛線）和沒(méi)有（黑色實(shí)線）溫度校正。藍(lán)色點(diǎn)劃線顯示了 BKT 轉(zhuǎn)變溫度作為冷凝物密度的函數(shù)。

除了超導(dǎo)性，BEC 是另一種在低溫下產(chǎn)生的現(xiàn)象。它是愛(ài)因斯坦在 1924 年首次預(yù)測(cè)的第五種物質(zhì)狀態(tài)。 BEC 的形成發(fā)生在低能原子聚集在一起并進(jìn)入相同的能量狀態(tài)時(shí)，是凝聚態(tài)物理中廣泛研究的領(lǐng)域。混合玻色-費(fèi)米系統(tǒng)本質(zhì)上代表了一層電子與一層玻色子相互作用，例如間接激子、激子-極化子等。玻色和費(fèi)米粒子之間的相互作用導(dǎo)致了各種新奇的迷人現(xiàn)象，這引起了雙方的興趣?；镜暮兔嫦驊?yīng)用的觀點(diǎn)。

在這項(xiàng)工作中，研究人員報(bào)告了石墨烯中一種新的超導(dǎo)機(jī)制，這是由于電子和“bogolons”之間的相互作用而不是典型 BCS 系統(tǒng)中的聲子。Bogolons 或 Bogoliubov 準(zhǔn)粒子是 BEC 內(nèi)的激發(fā)，它具有粒子的某些特征。在某些參數(shù)范圍內(nèi)，這種機(jī)制允許石墨烯內(nèi)的超導(dǎo)臨界溫度高達(dá) 70 開(kāi)爾文。研究人員還開(kāi)發(fā)了一種新的微觀 BCS 理論，該理論特別關(guān)注基于新型混合石墨烯的系統(tǒng)。他們提出的模型還預(yù)測(cè)超導(dǎo)特性可以隨溫度增強(qiáng)，從而導(dǎo)致超導(dǎo)間隙的非單調(diào)溫度依賴性。

此外，研究表明，石墨烯的狄拉克色散在這種 bogolon 介導(dǎo)的方案中得以保留。這表明這種超導(dǎo)機(jī)制涉及具有相對(duì)論性色散的電子，這種現(xiàn)象在凝聚態(tài)物理中沒(méi)有得到很好的探索。

這項(xiàng)工作揭示了實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)的另一種方法。同時(shí)，通過(guò)控制凝聚物的特性，我們可以調(diào)整石墨烯的超導(dǎo)性。這表明未來(lái)控制超導(dǎo)器件的另一種渠道。Ivan Savenko，PCS IBS 納米結(jié)構(gòu)光-物質(zhì)相互作用 (LUMIN) 團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。