क्या कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टर्स संभव हैं? QMUL कहता है हाँ

सुपरकंडक्टिविटी सीमाएँ

Electricity has been one of the most transformative technologies in history, allowing for the transmission of a very useful form of energy over long distances. But every “normal” electric system faces electric resistance, which results in the generation of heat when an electric current is applied.

एक वैकल्पिक विकल्प मौजूद है: तथाकथित सुपरकंडक्टिव सामग्री। सुपरकंडक्टिव सामग्री की विद्युत प्रतिरोध शून्य होती है, जिससे अत्यधिक शक्तिशाली धारा को बिना गर्मी उत्पन्न किए उपयोग किया जा सकता है।

सुपरकंडक्टिविटी के बिना, कई आधुनिक तकनीकें संभव नहीं होतीं, जैसे कि कण त्वरक (उदाहरण के लिए, CERN), MRI, और मैग्लेव ट्रेनें।

सुपरकंडक्टिविटी सबसे आशाजनक मेगाप्रोजेक्ट्स और तकनीकी नवाचारों का एक महत्वपूर्ण घटक होगी, जैसे ITER और न्यूक्लियर फ्यूजन, मास ड्राइवर, क्वांटम कंप्यूटर आदि।

शून्य-हानि विद्युत पावर लाइनों का विकास भी अत्यंत लंबी ग्रिड कनेक्शन बनाने में मददगार हो सकता है, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा के उत्पादन को मौसम स्थितियों और समय क्षेत्रों के अनुसार बफ़र किया जा सके, और सौर व पवन ऊर्जा की कुछ सीमाओं का समाधान हो सके।

स्रोत: XOT Metals

हालाँकि, अब तक सुपरकंडक्टिविटी केवल उन सामग्रियों में हासिल की गई है जो अल्ट्रा-निम्न तापमान पर, लगभग शून्य के कुछ डिग्री ऊपर, या अत्यधिक उच्च दबाव पर, या दोनों पर प्रदर्शित होती हैं।

यह न केवल सबसे मांग वाले अनुप्रयोगों (मैग्लेव, MRI आदि) के लिए बहुत जटिल बनाता है, बल्कि अत्यधिक महंगा भी है, जिससे कई उन अनुप्रयोगों के लिए आर्थिक रूप से असंभव हो जाता है जो सुपरकंडक्टिव सामग्री या बड़े पैमाने पर उपयोग से लाभान्वित हो सकते हैं।

सुपरकंडक्टिविटी के कई मार्ग

It now seems that the material produced in high pressure might be able to retain some of its superconductivity at lower pressure through an experimental method called pressure-quench protocol (PQP).

Recently, the twisted bilayer of WSe₂ (tungsten selenium) appeared to be a good material candidate for higher-temperature superconductors as well.

Another new class of potential superconductors, bilayer nickelates, might have been added to the list this year as well.

The issue with finding new materials that are superconductors at higher temperatures is that we do not really understand how it works. This is even more true for high-temperature or room-temperature superconductivity. For a while, it was thought to be totally impossible.

Then appeared the puzzling case of LK-99 (a form of copper-substituted lead apatite – CSLA), potentially a new type of ambient-pressure, room-temperature superconductor. The claim was immediately contested and criticized as a hoax or a measurement error, but then other researchers discovered there might be something happening after all.

New progress in theoretical physics, made by researchers at the QMUL (Queen Mary University of London), University of Cambridge, and Intellectual Ventures, might shine a light on how room-temperature superconductors might be possible after all.

They published their results¹ in the Journal of Physics: Condensed Matter, under the title “Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants”.

T_C  सीमा को समझना

Every superconducting material is defined by a value called T_C (Critical Temperature). For most materials with superconducting behavior, T_C is barely a few degrees above absolute zero.

However, this new research went on to explore what would be the theoretical limits of T_C.

Such a limit is determined by fundamental forces and constants of the Universe, like the electron mass, electron charge, and the Planck constant.

This work proves that these constants “set an upper bound for the frequency of phonons in condensed matter phases, or how rapidly an atom can vibrate in these phases”. This, in turn, determines the lower and upper range of possible TC as phonons mediate what superconducting temperature can be.

T_C के ऊपरी और निचले सीमाएँ

The mathematics and particle physics used to determine what T_C is possible or not are rather complex and beyond the scope of non-specialists. Just to give an example from the scientific paper itself in its introduction:

“In our density functional theory (DFT) calculations, we use similar methods to our earlier paper. This includes using the Perdew–Burke–Ernzerhof exchange-correlation functional, an energy cutoff of 1200 eV and a k-point grid of spacing 2π×0.025Å−1 to sample the electronic Brillouin zone.”

To keep it simple, the model developed by the researchers investigates how high the oscillation frequency of an atom can be in solids or liquids.

This would set the upper limit for superconductivity T_C at 100 to 1,000°K, or -173.15 to 726°C / -279 to 1340°F. This would put superconductivity, at least in theory, perfectly doable at room temperatures.

It firmly puts room temperature in the possible zone where superconductivity is possible, radically changing our previous perception of room-temperature superconductivity being a theoretical impossibility.

ब्रह्मांड की गहरी समझ

The results have already been independently confirmed in a separate study, confirming that this more detailed theoretical analysis is likely to match physical reality.

This should greatly stimulate the field of superconductivity research, as now there is a theoretical framework explaining better why room-temperature superconductors are possible.

“This discovery tells us that room-temperature superconductivity is not ruled out by fundamental constants. It gives hope to scientists: the dream is still alive.”

Professor Pickard – Physics Professor at the University of Cambridge

Such a deeper understanding of how condensed matter behaves at the particle level should also yield results in other fields, like materials sciences, electronics, or plasma physics.

भविष्य के अनुप्रयोग

Room-temperature superconductors would be an immediate wonder-material if understood well enough for manufacturing them at scale.

The first immediate effect would be to decrease the cost of equipment already leveraging superconductivity, like MRI, maglev trains, advanced turbines and generators, particle accelerators, experimental fusion reactors, etc.

It would also make possible technology that until now could either never be done at all or was prohibitively expensive due to the technical constraints of low-temperature superconductors.

This includes hyperloop trains, mass drivers to reach orbit, commercial nuclear fusion, intercontinental grid connections, etc. Each of these is a technology that would forever alter the path of human civilization.

सुपरकंडक्टिविटी समाधान में नेता

AMSC एक कंपनी है जो पावर ग्रिड, जहाजों और पवन ऊर्जा के लिए ऊर्जा समाधान प्रदान करती है। सामान्यतः, जितना अधिक पावर‑हंग्री या विशाल कोई सिस्टम होगा, उतनी ही अधिक उसे ओवरहीटिंग से बचने के लिए सुपरकंडक्टिंग तकनीक की आवश्यकता होगी।

नाम के बावजूद, ASMC केवल सुपरकंडक्टर सिस्टम ही नहीं, बल्कि उदाहरण के तौर पर पवन टरबाइन के लिए गियर ड्राइवट्रेन भी प्रदान करता है।

कंपनी कई विकास ड्राइवरों पर सवारी कर रही है, जैसे इलेक्ट्रिफिकेशन का रुझान, डिजिटलाइजेशन (AI डेटा‑सेंटर सहित), लेकिन साथ ही US विनिर्माण क्षमताओं का रीशोरिंग और एंग्लोस्फीयर के नौसेनाओं का भू‑राजनीतिक जोखिमों के जवाब में आधुनिकीकरण।

स्रोत: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]

पावर सप्लाई सेक्शन में, AMSC ने ऑर्डर में स्थिर वृद्धि देखी है। यह सेमीकंडक्टर फैब्स द्वारा पावर ग्रिड में उतार‑चढ़ाव से सुरक्षा, नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थिर प्रकृति को संभालने में ग्रिड की मदद, और औद्योगिक साइटों पर पावर सप्लाई एवं नियंत्रण की मांग से प्रेरित था।

स्रोत: American Superconductor Corporation

पवन टरबाइन सेक्शन में, AMSC मुख्यतः इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम (ECS) के साथ सक्रिय है। ऐतिहासिक रूप से, ESC 2MW टरबाइन के साथ कंपनी का एक मजबूत सेक्शन था, लेकिन यह धीरे‑धीरे घटता गया। AMSC नई 3MW टरबाइन डिजाइन के कारण पुनरुद्धार की आशा रखता है, विशेष रूप से भारतीय बाजार पर ध्यान केंद्रित करते हुए।

स्रोत: American Superconductor Corporation

सैन्य जहाजों के लिए, ASMC “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure” प्रदान करता है, जो जहाजों के चुंबकीय हस्ताक्षर को बदलकर उन्हें समुद्री माइनों से बचाता है। यह प्रणाली US, Canadian, और UK नौसेनाओं को बेची गई है, और अब तक $75M के ऑर्डर प्राप्त हुए हैं।

समग्र रूप से, ASMC आज उपलब्ध निचले‑बाजार अनुप्रयोगों में सुपरकंडक्टर तकनीक का उपयोग करके सबसे बेहतर प्रदर्शन कर रहा है, जबकि भविष्य में आगे की प्रगति को लागू करने के लिए तैयार है। निवेशकों को यह भी ध्यान देना चाहिए कि स्टॉक ने अतीत में अत्यधिक अस्थिरता का अनुभव किया है, और उन्हें जोखिमों की गणना उसी अनुसार करनी चाहिए।

पर नवीनतम American Superconductor Corporation

संदर्भित अध्ययन:

^{1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 मार्च 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39}