चरम, हाइड्रोजन-क्रशिंग भौतिकविदों को 'सुपरकंडक्टिविटी के नए युग' में धकेल रहे हैं

"हम मानते हैं कि यह अब अतिचालकता का एक नया युग है," वाशिंगटन डीसी के जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक सामग्री वैज्ञानिक रसेल हेमले ने अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की मार्च की बैठक में शोधकर्ताओं की भीड़ 4 मार्च को बताया।

छवियों ने उसके पीछे की स्क्रीन को जलाया: हीरे के विरोध के सुपरहार्ड बिंदुओं, तापमान और विद्युत प्रतिरोध के रेखांकन के बीच छोटी चीज़ों को कुचलने के लिए एक उपकरण का एक योजनाबद्ध, इसके केंद्र में एक खुरदरी, काली "X" वाली चमकती हुई गेंद।

वह अंतिम छवि नए युग का ही अवतार थी: लैंथेनम सुपरहाइड्राइड (या LaH10) का एक छोटा सा नमूना पृथ्वी के कोर के माध्यम से पाए जाने वाले हिस्से के समान दबाव के लिए निचोड़ा गया और न्यू इंग्लैंड में एक देर से सर्दियों के दिन के लिए लेजर से गर्म होकर तापमान पर पहुंच गया। । (यह सुपरकंडक्टिविटी रिसर्च के मानकों के अनुसार गर्मी को बढ़ाता है, आमतौर पर अत्यधिक प्रयोगशाला ठंड में आयोजित किया जाता है।) उन स्थितियों के तहत, हेमले और उनकी टीम ने पाया था, LaH10 अपने परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही को रोकने के लिए प्रतीत होता है। यह स्पष्ट रूप से हो जाता है, जैसा कि हेमले ने अपनी एपीएस वार्ता में प्रकाशित किया था और जर्नल फिजिकल रिव्यू लेटर्स में 14 जनवरी को प्रकाशित किया था, "कमरे का तापमान सुपरकंडक्टर।"

जमे हुए विज्ञान

1911 में, डच भौतिक विज्ञानी हाइक कामेरलिंगह ओनेस ने पाया कि बेहद कम तापमान पर, कुछ पदार्थ असामान्य विद्युत गुणों का प्रदर्शन करते हैं।

सामान्य परिस्थितियों में, एक प्रवाहकीय सामग्री (जैसे तांबे के तार) से गुजरने वाला एक विद्युत प्रवाह रास्ते में कुछ तीव्रता खो देगा। यहां तक ​​कि हमारे विद्युत ग्रिड में उपयोग किए जाने वाले बहुत अच्छे कंडक्टर अपूर्ण हैं और पावर स्टेशन से आपकी दीवार के आउटलेट तक सभी ऊर्जा को परिवहन करने में विफल रहते हैं। कुछ इलेक्ट्रॉनों बस रास्ते से हट जाते हैं।

लेकिन सुपरकंडक्टर्स अलग हैं। सुपरकंडक्टिंग वायर के लूप में पेश किया गया विद्युत प्रवाह बिना किसी नुकसान के हमेशा के लिए गोलाकार होता रहेगा। सुपरकंडक्टर्स चुंबकीय क्षेत्र को निष्कासित करते हैं, और इसलिए शक्तिशाली रूप से मैग्नेट को दूर धकेलते हैं। उनके पास उच्च गति कंप्यूटिंग और अन्य प्रौद्योगिकियों में अनुप्रयोग हैं। समस्या यह है कि अत्यधिक कम तापमान जिस पर सुपरकंडक्टर्स आमतौर पर काम करते हैं, उन्हें आम उपयोग के लिए अव्यवहारिक बनाते हैं।

बिना नक्शे के शिकार

एक सदी से अधिक समय तक, भौतिकविदों ने गर्म पदार्थों में अतिचालकता का शिकार किया है। लेकिन सुपरकंडक्टिविटी ढूंढना थोड़ा हड़ताली सोने जैसा है: पास्ट एक्सपीरियंस और थ्योरी आपको मोटे तौर पर यह बता सकती है कि इसे कहां देखना है, लेकिन आप वास्तव में यह नहीं जान पाएंगे कि यह तब तक है जब तक आप चेकिंग का महंगा, समय लेने वाला काम न करें।

"आपके पास बहुत सारी सामग्रियां हैं। आपके पास तलाशने के लिए एक विशाल जगह है," रोम के सैपिएंजा विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी लीलिया बोरी ने कहा, जिन्होंने हेमली के बाद काम प्रस्तुत किया था, जो सुपरहिटर्स की संभावना की तलाश कर रहे थे, यहां तक ​​कि LaH10 की तुलना में गर्म भी थे, और समझाते थे कि इस तरह की सामग्री क्यों हैं अत्यधिक दबाव में अतिचालक।

1986 में, शोधकर्ताओं ने सिरेमिक को उजागर किया जो तापमान पर अतिचालक थे, जो पूर्ण शून्य से 30 डिग्री अधिक था, या माइनस 406 डिग्री फ़ारेनहाइट (माइनस 243 डिग्री सेल्सियस)। बाद में, 1990 के दशक में, शोधकर्ताओं ने पहली बार बहुत अधिक दबाव में बयाना दिया, यह देखने के लिए कि क्या वे नए प्रकार के सुपरकंडक्टर्स प्रकट कर सकते हैं।

लेकिन उस समय, बोएरी ने लाइव साइंस को बताया, यह निर्धारित करने के लिए अभी भी कोई अच्छा तरीका नहीं था कि क्या सामग्री अतिचालक हो जाएगी, या यह किस तापमान पर ऐसा करेगी, जब तक कि इसका परीक्षण नहीं किया गया। नतीजतन, महत्वपूर्ण तापमान रिकॉर्ड - तापमान जिस पर अतिचालकता दिखाई देती है - बहुत कम रुकी।

बोरी ने कहा, "सैद्धांतिक ढांचा वहां था, लेकिन उनके पास इसका इस्तेमाल करने की क्षमता नहीं थी।"

अगली बड़ी सफलता 2001 में मिली, जब शोधकर्ताओं ने दिखाया कि मैग्नीशियम डाइबोराइड (MgB2) निरपेक्ष शून्य से 39 डिग्री अधिक या माइनस 389 एफ (माइनस 234 सी) से अधिक है।

"वह बहुत कम थी," उसने कहा, "लेकिन उस समय एक बड़ी सफलता थी, क्योंकि इससे पता चलता है कि आप एक महत्वपूर्ण तापमान के साथ सुपरकंडक्टिविटी हो सकते हैं जो पहले जितना संभव हो उतना दोगुना था।"

क्रशिंग हाइड्रोजन

तब से, गर्म सुपरकंडक्टर्स के लिए शिकार दो प्रमुख तरीकों से स्थानांतरित हो गया है: सामग्री वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि लाइटर तत्वों ने सुपरकंडक्शन के लिए टैंटलाइजिंग संभावनाओं की पेशकश की। इस बीच, कंप्यूटर मॉडल उस बिंदु पर आगे बढ़े जहां सिद्धांतकार पहले से अनुमान लगा सकते हैं कि चरम परिस्थितियों में सामग्री कैसे व्यवहार कर सकती है।

स्पष्ट स्थान पर भौतिकविदों ने शुरुआत की।

"तो, आप प्रकाश तत्वों का उपयोग करना चाहते हैं, और सबसे हल्का तत्व हाइड्रोजन है," बोरी ने कहा। "लेकिन समस्या स्वयं हाइड्रोजन है - इसे सुपरकंडक्टिंग नहीं बनाया जा सकता है, क्योंकि यह एक इन्सुलेटर है। इसलिए, सुपरकंडक्टर होने के लिए, आपको सबसे पहले इसे एक धातु बनाना होगा। आपको इसके लिए कुछ करना होगा, और सबसे अच्छी बात जो आप कर सकते हैं। इसे निचोड़ें। "

रसायन विज्ञान में, एक धातु बहुत अधिक परमाणुओं का संग्रह है, क्योंकि वे इलेक्ट्रॉनों के एक मुक्त-प्रवाह वाले सूप में बैठते हैं। अधिकांश सामग्री जिन्हें हम धातु कहते हैं, जैसे तांबा या लोहा, कमरे के तापमान पर और आरामदायक वायुमंडलीय दबाव में धातु होते हैं। लेकिन अन्य सामग्री अधिक-चरम वातावरण में धातु बन सकती हैं।

सिद्धांत रूप में, हाइड्रोजन उनमें से एक है। लेकिन एक समस्या है।

हेमले ने अपनी बात में कहा, "मौजूदा तकनीक के इस्तेमाल से बहुत अधिक दबाव की जरूरत होती है।"

यह हाइड्रोजन के बहुत सारे पदार्थों के लिए शिकार करने वाले शोधकर्ताओं को छोड़ देता है, जो धातुओं का निर्माण करेंगे - और, उम्मीद है कि प्राप्त होने वाले दबावों पर, अतिचालक बन जाएंगे।

अभी, बोरी ने कहा, कंप्यूटर मॉडल के साथ काम करने वाले सिद्धांतकार प्रयोगात्मक सामग्री प्रदान करते हैं जो सुपरकंडक्टर्स हो सकते हैं। और प्रयोग करने वाले सबसे अच्छा विकल्प चुन लेते हैं।

उन मॉडलों के मूल्य की सीमाएं हैं, हालांकि, हेमले ने कहा। हर भविष्यवाणी लैब में नहीं होती है।

उन्होंने कहा, "इस काम में गणना का उपयोग बहुत प्रभावी ढंग से किया जा सकता है, लेकिन किसी को भी ऐसा करने की आवश्यकता है और अंततः प्रयोगात्मक परीक्षण प्रदान करें," उन्होंने इकट्ठे भीड़ को बताया।

हेमले और उनकी टीम का "कमरे का तापमान सुपरकंडक्टर," LaH10, अनुसंधान के इस नए युग से अभी तक का सबसे रोमांचक परिणाम प्रतीत होता है। पृथ्वी के वायुमंडल (200 गिगापास्कल) के दबाव में लगभग 2 मिलियन गुना तक कुचलने से दो काउंटरपॉन्ड हीरों के बिंदुओं के बीच, LaH10 का एक नमूना निरपेक्ष शून्य से 260 डिग्री या 8 एफ (न्यूनतम 13 सी) से अधिक अतिचालक प्रतीत होता है।

एक ही पेपर में वर्णित प्रयोग का एक और रन निरपेक्ष शून्य से ऊपर 280 डिग्री या 44 एफ (7 सी) पर अतिचालकता दिखाने के लिए दिखाई दिया। यह एक मिर्च कमरे का तापमान है, लेकिन इतना कठिन नहीं है कि इसे प्राप्त करने के लिए तापमान हो।

हेमली ने यह कहकर अपनी बात समाप्त की कि सड़क के नीचे, इस उच्च-दबाव के काम से ऐसी सामग्री हो सकती है जो गर्म तापमान और सामान्य दबाव दोनों में अतिचालक हैं। उन्होंने कहा कि शायद एक बार दबाव डालने के बाद कोई सामग्री सुपरकंडक्टर बनी रह सकती है। या शायद उच्च तापमान पर सीखी गई रासायनिक संरचना के बारे में सबक सुपरकंडक्टिव लो-प्रेशर संरचनाओं के रास्ते को इंगित कर सकते हैं।

बोरी ने कहा कि यह गेम चेंजर होगा।

"यह बात मूल रूप से मौलिक अनुसंधान है। इसका कोई आवेदन नहीं है," उसने कहा। "लेकिन मान लीजिए कि आप कुछ ऐसा काम करते हैं जो दबाव में काम करता है, कहते हैं, अब की तुलना में 10 गुना कम है। यह सुपरकंडक्टिंग तारों, अन्य चीजों के लिए दरवाजा खोलता है।"

यह पूछे जाने पर कि क्या वह अपने जीवनकाल में कमरे के तापमान, कमरे के दबाव वाले सुपरकंडक्टर को देखने की उम्मीद करती है, उसने उत्साह से सिर हिलाया।

"निश्चित रूप से," उसने कहा।