वैज्ञानिकों ने कमरे के तापमान पर अतिचालकता के लिए मुख्य स्थिति की खोज की है: इलेक्ट्रॉन युग्मन को अभी भी कमरे के तापमान पर बनाए रखा जा सकता है

सार:

कमरे के तापमान की अतिचालकता हमेशा संघनित पदार्थ भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान लक्ष्यों में से एक रही है। यदि सामान्य परिवेश के तापमान पर अतिचालकता प्राप्त की जा सकती है, तो यह विद्युत पारेषण, चुंबकीय उत्तोलन परिवहन, ऊर्जा भंडारण और क्वांटम कंप्यूटिंग जैसे क्षेत्रों में बड़े बदलाव ला सकती है। नीदरलैंड में यूट्रेक्ट विश्वविद्यालय, नीदरलैंड में लीडेन विश्वविद्यालय और जर्मनी में म्यूनिख विश्वविद्यालय की एक शोध टीम ने हाल ही में एक महत्वपूर्ण प्रगति की है:

उन्होंने पाया कि कुछ उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों में, सुपरकंडक्टिविटी बनाने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन युग्मन घटना को कमरे के तापमान तक बनाए रखा जा सकता है। इसका मतलब यह है कि मुख्य कारक जो सामग्रियों को कमरे के तापमान पर अतिचालकता प्राप्त करने से रोकता है, वह जोड़े बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों की अक्षमता नहीं हो सकता है, बल्कि इन इलेक्ट्रॉन जोड़े की समन्वित तरीके से चलने में असमर्थता हो सकती है।

अतिचालकता एक विशेष भौतिक अवस्था है। जब कोई पदार्थ अतिचालक हो जाता है, तो उसमें बिना किसी प्रतिरोध के धारा प्रवाहित हो सकती है, इसलिए सामान्य चालकों की तरह प्रतिरोध के कारण ऊर्जा नष्ट नहीं होती है। 1911 में, वैज्ञानिकों ने पहली बार अतिचालकता की घटना की खोज की। हालाँकि, पारंपरिक सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों को काम करने के लिए आमतौर पर बेहद कम तापमान पर ठंडा करने की आवश्यकता होती है। कई सामग्रियों को तापमान शून्य से 260 डिग्री सेल्सियस नीचे तक कम करने के लिए तरल हीलियम के उपयोग की भी आवश्यकता होती है। यह महंगी और जटिल शीतलन आवश्यकता सुपरकंडक्टिंग तकनीक के बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को गंभीर रूप से सीमित करती है।

1980 के दशक के मध्य में, वैज्ञानिकों ने कई सामग्रियों की खोज की जो काफी उच्च तापमान पर अतिचालक हो सकती हैं, जिनमें से कुछ का अतिचालक क्रांतिक तापमान शून्य से 173 डिग्री सेल्सियस नीचे था। हालाँकि यह तापमान अभी भी कमरे के तापमान से बहुत कम है, यह पारंपरिक सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों की तापमान सीमा को तोड़ता है और नए सैद्धांतिक मुद्दे भी उठाता है: पारंपरिक कम तापमान वाली सुपरकंडक्टिविटी की व्याख्या करने वाले सिद्धांत पूरी तरह से यह नहीं समझा सकते हैं कि ये उच्च तापमान वाली सुपरकंडक्टिंग सामग्री क्यों काम कर सकती हैं।

यह शोध अतिचालकता के निर्माण में दो अपरिहार्य स्थितियों पर केंद्रित है।

पहली शर्त इलेक्ट्रॉन युग्मन है। आम तौर पर, इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, और कुछ सामग्रियों और वातावरण में, दो इलेक्ट्रॉन एक संबद्ध स्थिति बना सकते हैं जिसे कूपर जोड़ी कहा जाता है। यह युग्मन अतिचालकता के निर्माण का महत्वपूर्ण आधार है।

दूसरी शर्त चरण सुसंगतता है। भले ही इलेक्ट्रॉनों ने एक जोड़ी बनाई हो, इसका मतलब यह नहीं है कि सामग्री आवश्यक रूप से एक सुपरकंडक्टिंग स्थिति में प्रवेश करेगी। एक नृत्य टीम में साझेदारों की तरह, इलेक्ट्रॉन जोड़े को भी एक समन्वित क्वांटम स्थिति बनानी चाहिए। जोड़ी के प्रत्येक सदस्य को न केवल एक साथ काम करने की आवश्यकता है, बल्कि सभी सदस्यों को एक ही लय भी बनाए रखनी होगी। केवल जब बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन जोड़े एक साथ समन्वित तरीके से आगे बढ़ सकते हैं तो कोई सामग्री वास्तविक सुपरकंडक्टिंग गुण प्रदर्शित कर सकती है।

पारंपरिक कम तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों में, इलेक्ट्रॉन युग्मन और चरण सुसंगतता आमतौर पर एक साथ होती है जब तापमान महत्वपूर्ण बिंदु के पास कम हो जाता है। लेकिन शोधकर्ताओं ने पाया कि उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों में दो प्रक्रियाओं को एक दूसरे से अलग किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन सुपरकंडक्टिंग के महत्वपूर्ण तापमान से काफी ऊपर, पहले से ही जोड़े बनाने में सक्षम होते हैं, और कमरे के तापमान पर भी इस अवस्था में रहते हैं।

शोध टीम का मानना ​​है कि इससे पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन युग्मन को बनाए रखने वाली अंतःक्रिया इतनी मजबूत है कि भले ही तापमान कमरे के तापमान तक बढ़ जाए, इलेक्ट्रॉन युग्म तुरंत विघटित नहीं होगा। जो चीज़ वास्तव में अतिचालकता के गठन को सीमित करती है वह दूसरी शर्त हो सकती है, जो यह है कि क्या ये इलेक्ट्रॉन जोड़े चरण सुसंगतता स्थापित कर सकते हैं।

शोध के नेताओं में से एक और यूट्रेक्ट विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक इंगमार स्वार्ट ने कहा कि यह खोज बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि अनुसंधान टीम ने साबित कर दिया है कि कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टिविटी बनाने के लिए आवश्यक दो प्रमुख स्थितियों में से एक को कमरे के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है। यदि इलेक्ट्रॉन युग्मन को कमरे के तापमान पर बनाए नहीं रखा जा सकता है, तो कमरे के तापमान के सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों को खोजने के प्रयास शुरू से ही मौलिक रूप से सीमित होंगे। अब जबकि यह बाधा और दूर हो गई है, शोधकर्ता अधिक गहनता से अध्ययन कर सकते हैं कि वास्तव में चरण सुसंगतता कैसे बनती है और क्या इसे उच्च तापमान पर उभरने से रोकता है।

इस शोध की प्रगति शोधकर्ताओं द्वारा स्वयं विकसित किए गए नए माप उपकरणों से निकटता से संबंधित है। पारंपरिक माप विधियों में अक्सर यह स्पष्ट रूप से अंतर करने में कठिनाई होती है कि क्या धारा एकल इलेक्ट्रॉन द्वारा प्रवाहित होती है या उन इलेक्ट्रॉनों द्वारा, जिन्होंने एक जोड़ी बनाई है। अनुसंधान टीम द्वारा डिज़ाइन किया गया नया उपकरण इन दो धाराओं के बीच अंतर कर सकता है, जिससे उन्हें सीधे उस तापमान सीमा का अध्ययन करने की अनुमति मिलती है जिसमें सामग्री के भीतर इलेक्ट्रॉन युग्मन होता है, और यह सुपरकंडक्टिंग स्थिति से कैसे संबंधित है।

अनुसंधान में प्रयुक्त सामग्री एक कॉपर ऑक्साइड उच्च तापमान वाला सुपरकंडक्टर है, विशेष रूप से एक बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड सामग्री। इसकी इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विशेषताओं को मापकर, शोधकर्ताओं ने एक घटना जिसे पहले स्यूडोगैप (स्यूडोगैप) के रूप में जाना जाता था और इलेक्ट्रॉन युग्मन के लिए आवश्यक ऊर्जा के बीच एक पत्राचार पाया। यह उच्च तापमान अतिचालकता में इलेक्ट्रॉन युग्मन तंत्र को समझने के लिए नया प्रयोगात्मक आधार प्रदान करता है।

प्रासंगिक शोध पत्र का शीर्षक "एक कप्रेट उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर में स्यूडोगैप और युग्मन ऊर्जा की समानता" है और इसे 5 नवंबर, 2026 को जर्नल साइंस में प्रकाशित किया गया था। पेपर के मुख्य लेखकों में जियासेन नीयू और मैयालेन ओर्टेगो लारज़ाबल शामिल हैं, और शोध यूट्रेक्ट विश्वविद्यालय, लीडेन विश्वविद्यालय, म्यूनिख विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों के वैज्ञानिकों के सहयोग से पूरा किया गया था।

हालाँकि, इस खोज का मतलब यह नहीं है कि वैज्ञानिकों ने कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टिंग सामग्री बना ली है। शोधकर्ताओं ने यह प्रदर्शित नहीं किया है कि कोई भी सामग्री कमरे के तापमान पर शून्य प्रतिरोध प्राप्त कर सकती है, न ही उन्होंने सुपरकंडक्टिंग सर्किट का प्रदर्शन किया है जो कमरे के तापमान पर काम कर सकते हैं। वास्तविक सफलता तब मिली जब उन्हें पता चला कि इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी के लिए आवश्यक शर्त कमरे के तापमान पर मौजूद हो सकती है, जिससे उस समस्या का दायरा और कम हो जाता है जिसे कमरे के तापमान के सुपरकंडक्टर्स की खोज में हल करने की आवश्यकता होती है।

इसके बाद, शोध दल चरण सुसंगतता का अध्ययन करने पर ध्यान केंद्रित करेगा, यह पता लगाने की कोशिश करेगा कि कमरे के तापमान पर इलेक्ट्रॉन जोड़े क्यों बन सकते हैं लेकिन उसी तापमान पर अपनी गति का समन्वय नहीं कर सकते हैं। यदि उन्हें इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने का कोई तरीका मिल जाए, तो वे नई सामग्रियों को डिजाइन करने में सक्षम हो सकते हैं जो उच्च तापमान पर अतिचालक हो सकती हैं।

अनुसंधान के महत्व के दृष्टिकोण से, इस उपलब्धि का सबसे महत्वपूर्ण मूल्य तुरंत एक नई सुपरकंडक्टिंग सामग्री लाना नहीं है, बल्कि वैज्ञानिकों को उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के भौतिक तंत्र को अधिक सटीक रूप से समझने में मदद करना है। पिछले कुछ दशकों में, कमरे के तापमान पर अतिचालकता अनुसंधान अधूरे सैद्धांतिक स्पष्टीकरणों द्वारा सीमित कर दिया गया है। अब, इलेक्ट्रॉन युग्मन और चरण सुसंगतता का अलग से अध्ययन किया जा सकता है, जो सामग्री डिजाइन और प्रयोगात्मक अन्वेषण के अगले चरण के लिए एक स्पष्ट दिशा प्रदान करता है।