प्रयोगशाला में निर्मित व्यावहारिक सुपरकंडक्टिंग सामग्री: अध्ययन |

वाशिंगटन: शोधकर्ताओं ने एक बनाया है अतिचालक सामग्री व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त कम तापमान और दबाव दोनों पर।
जर्नल नेचर में एक पेपर में, रोचेस्टर विश्वविद्यालय, यूएस के शोधकर्ताओं ने नाइट्रोजन-डोप्ड का वर्णन किया है ल्यूटेशियम हाइड्राइड (NDLH) जो 69 डिग्री फ़ारेनहाइट, या 20.6 डिग्री सेल्सियस, और 10 किलोबार, या 145,000 पाउंड प्रति वर्ग इंच, या साई, दबाव पर सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करता है।
हालांकि 145,000 पीएसआई अभी भी असाधारण रूप से उच्च लग सकता है – समुद्र तल पर दबाव लगभग 15 पीएसआई, या 1 बार – तनाव है अभियांत्रिकी चिप निर्माण में नियमित रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीकें, उदाहरण के लिए, शामिल करें सामग्री अध्ययन में कहा गया है कि आंतरिक रासायनिक दबावों द्वारा एक साथ रखा जाता है।
मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर रंगा डायस के नेतृत्व वाली एक टीम के मुताबिक, “इस सामग्री के साथ, परिवेश सुपरकंडक्टिविटी और लागू प्रौद्योगिकियों की सुबह आ गई है।” भौतिक विज्ञान.
वैज्ञानिक एक सदी से भी अधिक समय से संघनित पदार्थ भौतिकी में इस सफलता का अनुसरण कर रहे हैं।
सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों में दो प्रमुख गुण होते हैं: विद्युत प्रतिरोध गायब हो जाता है, और जो चुंबकीय क्षेत्र निष्कासित होते हैं वे सुपरकंडक्टिंग सामग्री के चारों ओर से गुजरते हैं। ऐसी सामग्री सक्षम कर सकती है:
1. पावर ग्रिड जो तारों में प्रतिरोध के कारण अब होने वाली ऊर्जा के 200 मिलियन मेगावाट घंटे (MWh) तक के नुकसान के बिना बिजली संचारित करते हैं
2. घर्षण रहित, उच्च गति वाली रेलगाड़ियाँ
3. एमआरआई और मैग्नेटोकार्डियोग्राफी जैसी अधिक सस्ती चिकित्सा इमेजिंग और स्कैनिंग तकनीकें
4. डिजिटल लॉजिक और मेमोरी डिवाइस तकनीक के लिए तेज़, अधिक कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स
अध्ययन में कहा गया है कि नई खोज के महत्व को देखते हुए, डायस और उनकी टीम ने अपने शोध का दस्तावेजीकरण करने और पिछले नेचर पेपर के मद्देनजर विकसित की गई आलोचनाओं को दूर करने के लिए असामान्य लंबाई तक चली गई, जिसके कारण पत्रिका के संपादकों ने इसे वापस ले लिया।
डायस के अनुसार, पिछले पेपर को नए डेटा के साथ नेचर को फिर से सबमिट किया गया है, जो पहले के काम को मान्य करता है।
नया डेटा प्रयोगशाला के बाहर, अमेरिका के आर्गोन और ब्रुकहैवन नेशनल लेबोरेटरीज में वैज्ञानिकों के दर्शकों के सामने एकत्र किया गया था, जिन्होंने सुपरकंडक्टिंग संक्रमण को लाइव देखा था।
नए पेपर के साथ भी कुछ ऐसा ही तरीका अपनाया गया है।
डायस कहते हैं, “समूह में हर कोई प्रयोग करने में शामिल था।” “यह वास्तव में एक सामूहिक प्रयास था।”
दुर्लभ पृथ्वी धातुओं को हाइड्रोजन के साथ जोड़कर, फिर नाइट्रोजन या कार्बन जोड़कर बनाए गए हाइड्राइड्स ने शोधकर्ताओं को हाल के वर्षों में सुपरकंडक्टिंग सामग्री बनाने के लिए एक “कामकाजी नुस्खा” प्रदान किया है।
तकनीकी शब्दों में, दुर्लभ पृथ्वी धातु हाइड्राइड क्लैथ्रेट जैसी पिंजरे की संरचना बनाते हैं, जहां दुर्लभ पृथ्वी धातु आयन वाहक दाताओं के रूप में कार्य करते हैं, जो पर्याप्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं जो एच2 अणुओं के पृथक्करण को बढ़ाएंगे। नाइट्रोजन और कार्बन सामग्री को स्थिर करने में मदद करते हैं।
निचली पंक्ति: सुपरकंडक्टिविटी होने के लिए कम दबाव की आवश्यकता होती है।
येट्रियम के अलावा, शोधकर्ताओं ने अन्य दुर्लभ पृथ्वी धातुओं का उपयोग किया है। हालाँकि, परिणामी यौगिक तापमान या दबाव पर अतिचालक बन जाते हैं जो अभी भी अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक नहीं हैं।
तो, इस बार, डायस ने आवर्त सारणी के साथ कहीं और देखा।
डायस ने कहा, लुटेटियम “कोशिश करने के लिए एक अच्छा उम्मीदवार” जैसा दिखता है।
उन्होंने कहा कि इसके एफ-ऑर्बिटल कॉन्फ़िगरेशन में पूरी तरह से भरे हुए 14 इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत हैं जो फोनन (ध्वनिक ऊर्जा की एक मात्रा) को नरम करते हैं और परिवेश के तापमान पर सुपरकंडक्टिविटी के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन को बढ़ाते हैं।
डायस ने कहा, “महत्वपूर्ण सवाल यह था कि आवश्यक दबाव को कम करने के लिए हम इसे कैसे स्थिर करने जा रहे हैं? और यहीं से नाइट्रोजन तस्वीर में आई।”
डायस के अनुसार, कार्बन की तरह नाइट्रोजन में एक कठोर परमाणु संरचना होती है, जिसका उपयोग किसी सामग्री के भीतर अधिक स्थिर, पिंजरे जैसी जाली बनाने के लिए किया जा सकता है और यह कम आवृत्ति वाले ऑप्टिकल फोनों को सख्त करता है।
अध्ययन में कहा गया है कि यह संरचना सुपरकंडक्टिविटी को कम दबाव पर होने के लिए स्थिरता प्रदान करती है।
डायस की टीम ने 99 प्रतिशत हाइड्रोजन और एक प्रतिशत नाइट्रोजन का गैस मिश्रण बनाया, इसे लुटेटियम के शुद्ध नमूने के साथ एक प्रतिक्रिया कक्ष में रखा, और घटकों को दो से तीन दिनों के लिए 392 डिग्री फ़ारेनहाइट, या 200 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया करने दिया।
परिणामी ल्यूटेटियम-नाइट्रोजन-हाइड्रोजन यौगिक शुरू में एक “चमकदार नीला रंग” था, कागज कहता है।
अध्ययन में कहा गया है कि जब यौगिक को डायमंड एविल सेल में संपीड़ित किया गया था, तो एक “चौंकाने वाला दृश्य परिवर्तन” हुआ: सुपरकंडक्टिविटी की शुरुआत में नीले से गुलाबी और फिर एक चमकदार लाल गैर-सुपरकंडक्टिंग धातु अवस्था में।
“यह बहुत चमकदार लाल था,” डायस ने कहा। “मैं इस तीव्रता के रंगों को देखकर चौंक गया था। हमने हास्यपूर्वक इस स्थिति में सामग्री के लिए एक कोड नाम सुझाया – ‘रेडमैटर’ – उस सामग्री के बाद जिसे स्पॉक ने 2009 की लोकप्रिय स्टार ट्रेक फिल्म में बनाया था।” कोड नाम अटक गया।
सुपरकंडक्टिविटी को प्रेरित करने के लिए आवश्यक 145,000 पीएसआई दबाव, डायस की प्रयोगशाला में बनाए गए पिछले कम दबाव की तुलना में परिमाण के लगभग दो ऑर्डर कम है।