Сверхпроводимость электрон-дырочных пар в двухслойной графеновой системе в квантующем магнитном поле

Abstract

Изучено состояние со спонтанной межслоевой фазовой когерентностью в двухслойной квантовой холловской системе на основе графена. Данное состояние можно рассматривать как газ сверхтекучих электрон-дырочных пар с компонентами пары, принадлежащими разным слоям. Сверхтекучий поток таких пар эквивалентен двум электрическим сверхтокам в слоях. Показано, что в графеновой системе состояние с межслоевой фазовой когерентностью возникает, если создан определенный разбаланс факторов заполнения уровней Ландау в соседних слоях. Найдены температура перехода в сверхтекучее состояние, максимальное расстояние между слоями, при котором возможна фазовая когерентность, а также критические значения сверхтока. Обсуждаются преимущества использования графеновых систем вместо GaAs гетероструктур для реализации двухслоевой электрон-дырочной сверхпроводимости.

Вивчено стан зі спонтанною міжшаровою фазовою когерентністю у двошаровій квантовій холлівській системі на основі графену. Даний стан можна розглядати як газ надплинних електрон-діркових пар з компонентами пари, які належать різним шарам. Надплинний потік таких пар еквівалентний двом електричним надструмам у шарах. Показано, що в графеновій системі стан з міжшаровою фазовою когерентністю виникає, якщо створено певний розбаланс факторів заповнення рівнів Ландау у сусідніх шарах. Знайдено температуру переходу у надплинний стан, максимальну відстань між шарами, при якій можлива фазова когерентність, а також критичні значення надструму. Обговорюються переваги використання графенових систем замість GaAs гетероструктур для реалізації двошарової електрон-діркової надпровідності.

The state with a spontaneous interlayer phase coherence in a graphene based bilayer quantum Hall system is studied. This state can be considered as a gas of superfluid electron-hole pairs with the components of the pair belonging to different layers. Superfluid flux of such pairs is equivalent to two electrical supercurrents in the layers. It is shown that the state with the interlayer phase coherence emerges in the graphene system if a certain imbalance of the Landau level filling factors of the layers is created. We obtain the temperature of transition into the superfluid state, the maximum interlayer distance at which the phase coherence is possible, and the critical values of the supercurrent. The advantages of use of graphene systems instead of GaAs heterostructures for the realization of the bilayer electron-hole superconductivity are discussed.