बिलायर निकेलेट्स: उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स का एक नया वर्ग

सुपरकंडक्टिविटी सीमाएँ

विद्युत इतिहास में सबसे परिवर्तनकारी तकनीकों में से एक रही है, जो लंबी दूरी पर बहुत उपयोगी ऊर्जा के रूप के संचरण की अनुमति देती है। लेकिन हर “सामान्य” विद्युत प्रणाली में विद्युत प्रतिरोध होता है, जिससे विद्युत धारा लागू होने पर गर्मी उत्पन्न होती है।

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

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

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

शून्य-हानि विद्युत पावर लाइनों का विकास अल्ट्रा-लंबी ग्रिड कनेक्शन बनाने में भी महत्वपूर्ण हो सकता है, जो मौसम की स्थितियों और समय क्षेत्रों में नवीकरणीय उत्पादन को बफ़र करने में मदद करता है, सौर और पवन ऊर्जा की कुछ सीमाओं को हल करता है।

स्रोत: XOT Metals

हालाँकि, सुपरकंडक्टिविटी अब तक केवल उन सामग्रियों के लिए ही प्राप्त की गई है जो अल्ट्रा-निम्न तापमान पर, शून्य के निकट कुछ डिग्री पर, या अत्यधिक उच्च दबाव पर प्रदर्शित होती हैं।

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

सुपरकंडक्टिविटी के कई मार्ग

अब ऐसा लगता है कि उच्च दबाव में निर्मित सामग्री कम दबाव पर भी अपनी कुछ सुपरकंडक्टिविटी बनाए रख सकती है, एक प्रयोगात्मक विधि जिसे प्रेशर-क्वेंच प्रोटोकॉल (PQP) कहा जाता है के माध्यम से।

हाल ही में, WSe₂ (टंगस्टन सेलेनियम) की ट्विस्टेड बिलेयर भी उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स के लिए एक अच्छा सामग्री उम्मीदवार प्रतीत हुई।

तो कई वर्षों की धीमी प्रगति के बाद, ऐसा लगता है कि भौतिकविद् पूरी तरह नई तरीकों से सुपरकंडक्टिव सामग्री बनाना शुरू कर रहे हैं। और अब निकेल युक्त एक नई सुपरकंडक्टर परिवार सूची में जुड़ गया है।

शेनझेन के साउदर्न यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और त्सिंगहुआ विश्वविद्यालय के चीनी शोधकर्ताओं ने पाया कि द्वि-परत निकेलेट सुपरकंडक्टर्स शून्य के ऊपर के तापमान पर और वायुमंडलीय दबाव पर भी प्रतिरोध के बिना विद्युत प्रवाह कर सकते हैं।¹

उन्होंने अपने परिणाम प्रतिष्ठित वैज्ञानिक जर्नल Nature में प्रकाशित किए, शीर्षक “वायुमंडलीय-दाब सुपरकंडक्टिविटी की शुरुआत 40 K से ऊपर (La,Pr)3Ni2O7 फिल्म में” के तहत।

बहुत ठंडे नहीं वाले सुपरकंडक्टर्स

उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी एक दिन विकल्प बन सकती है, विशेष रूप से LK-99 (एक प्रकार का तांबा-प्रतिस्थापित सीसा एपेटाइट – CSLA) के रहस्यमय मामले के साथ, जो वायुमंडलीय दबाव, कमरे के तापमान का नया सुपरकंडक्टर है।

दावा तुरंत ही एक धोखा या माप त्रुटि के रूप में चुनौती दिया गया और आलोचना की गई, लेकिन फिर अन्य शोधकर्ताओं ने पाया कि शायद वास्तव में कुछ हो रहा है।

लेकिन यह केवल वह वर्ग नहीं है जो गर्म तापमान पर काम कर सकता है।

हाल ही में यह खोजा गया है कि दो समूह के सिरेमिक (तांबा-आधारित कुप्रेट्स और लोहा-आधारित प्निक्टाइड्स) असामान्य सुपरकंडक्टर्स के रूप में काम करते हैं जो कमरे के दबाव पर और 150 K (–123 °C / -189 °F) तक के तापमान पर कार्य करते हैं।

स्रोत: Materials Today

अब ऐसा प्रतीत होता है कि निकेलेट्स इन सिरेमिक्स में शामिल हो रहे हैं ताकि एक ऐसी सामग्री बन सके जो उच्च तापमान पर सुपरकंडक्टर्स के रूप में कार्य करे।

हालांकि इतना गर्म नहीं है, लेकिन वर्तमान सुपरकंडक्टर्स की तुलना में तापमान तक पहुँचना बहुत आसान है। उदाहरण के लिए, ITER के सुपरकंडक्टिव मैग्नेट्स को तरल हीलियम के साथ शून्य के निकट ठंडा करना पड़ेगा, जो बहुत ऊर्जा-गहन और महँगा प्रक्रिया है।

समग्र रूप से, यह संकेत देता है कि मध्यम अवधि में सुपरकंडक्टर्स अधिक सामान्य हो सकते हैं, क्योंकि उनके कई नए रूप खोजे और प्रयोग किए जा रहे हैं।

सुपरकंडक्टिव निकेलेट्स

निकेलेट की संभावित सुपरकंडक्टिविटी गुण 2019 में हांगकांग सिटी यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी डैनफेंग ली और उनके सहयोगी द्वारा खोजे गए थे। 2023 में, एक अन्य टीम ने निकेलेट्स की सुपरकंडक्टिविटी को उच्च तापमान पर, लेकिन उच्च दबाव में प्रदर्शित किया।

स्रोत: Nature

लेकिन दिसंबर 2024 में पहली बार निकेलेट्स को एक महत्वपूर्ण तापमान पर प्रतिरोध खोते हुए और चुंबकीय क्षेत्रों को बाहर निकालते हुए पाया गया, जो दोनों ही सुपरकंडक्टिविटी के मजबूत संकेत हैं।

इस परिणाम को प्राप्त करने के लिए, La2.85Pr0.15Ni2O7 (लैन्थेनम-प्रासेओडिमियम-निकेल) के सिंगल‑क्रिस्टल फिल्में गिगैंटिक‑ऑक्सिडेटिव एटॉमिक‑लेयर‑बाय‑लेयर एपिटैक्सी (GOALL‑Epitaxy) नामक तकनीक का उपयोग करके विकसित की गईं। यह तकनीक उसी शोधकर्ता टीम द्वारा विकसित की गई थी और सामग्री की परतों को एटॉमिक स्तर पर कई क्रम magnitude अधिक ऑक्सीकरण और सटीकता प्रदान करती है।

स्रोत: Research Gate

उन्नत विश्लेषणात्मक विधियों का उपयोग निकेल‑आधारित यौगिक का अध्ययन करने के लिए किया गया, जिसमें स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (STEM) छवियां और एक्स‑रे रेसिप्रोकल स्पेस मैपिंग्स (RSMs) शामिल हैं।

उन्होंने निकेल ऑक्साइड परत में एक टेट्रागोनल फेज़ के प्रकट होने को दिखाया, जो सही परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह के लिए जिम्मेदार हो सकता है।

सुपरकंडक्टिव सामग्री में सुधार

निकेलेट गुणों को सुधारने के लिए उपयोग की गई प्रारंभिक परीक्षण विधि को आगे सुधारा जा सकता है। इससे इन सुपरकंडक्टर्स के तापमान को और बढ़ाने के लिए कई परीक्षण संभव हो सकते हैं।

“एक बड़ी आशा है कि हम अंततः महत्वपूर्ण तापमान को बढ़ा सकेंगे और ऐसी सामग्रियों को अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयोगी बना सकेंगे।”
डैनफेंग ली - हांगकांग सिटी यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी।

विश्लेषण संकेत देता है कि निकेलेट्स को सुपरकंडक्टिविटी देने वाली प्रक्रिया कुप्रेट्स (तांबा‑आधारित) को प्रभावित करने वाली प्रक्रिया के समान है।

”इसे बढ़ाना प्राथमिकता है। टीम विभिन्न तरकीबों को आज़मा रही है ताकि सामग्री के विकास और उसकी सटीक संरचना को समायोजित किया जा सके।”
झुओयू चेन - SUSTech के भौतिक विज्ञानी।

सिद्धांत से पहले प्रयोग

यह उल्लेखनीय है कि उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स या संभावित कमरे‑तापमान सुपरकंडक्टर्स के संबंध में हालिया परिणाम सिद्धांतात्मक भौतिकी से आगे बढ़ रहे हैं।

तो, यह क्यों काम करता है, अभी भी एक रहस्य है। इन सामग्रियों के सुपरकंडक्टर्स क्यों हैं, इसका अभी तक पूर्ण स्पष्टीकरण नहीं है, और यह भी नहीं कि कौन सी सामग्री इन विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकती है, इसका भविष्यवाणी करने की विधि अभी नहीं है।

अब तक, उच्च दबाव या अत्यधिक ठंडे परिस्थितियों की आवश्यकता ने इन सामग्रियों के अध्ययन को गंभीर रूप से बाधित किया था, क्योंकि डाइमंड एनीविल या तरल हीलियम में ही सुपरकंडक्टिविटी होती है, जिससे परीक्षण कठिन हो जाता था।

स्थिति को बनाए रखना आसान होने से वैज्ञानिकों को इन सामग्रियों का अध्ययन और संशोधन करने में अधिक लचीलापन मिलेगा।

इसलिए सुधार के लिए बहुत जगह बची है, और इन सामग्रियों की बेहतर समझ, जिसमें AI की मदद भी शामिल है, आगे बढ़ने में मदद करनी चाहिए।

यह क्षेत्र में अधिक शोधकर्ताओं को काम करने के लिए प्रेरित करना चाहिए और अधिक कंपनियों को इन परियोजनाओं पर R&D बजट खर्च करने के लिए प्रेरित करना चाहिए, जिससे प्रगति की गति तेज हो सके।

भविष्य के अनुप्रयोग

उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स तुरंत एक अद्भुत‑सामग्री बन सकते हैं यदि उन्हें बड़े पैमाने पर निर्माण के लिए पर्याप्त रूप से समझा जाए।

पहला तत्काल प्रभाव यह होगा कि पहले से ही सुपरकंडक्टिविटी का उपयोग करने वाले उपकरणों की लागत कम हो जाएगी, जैसे MRI, मैग्लेव ट्रेनें, उन्नत टरबाइन और जनरेटर, कण त्वरक, प्रयोगात्मक फ्यूजन रिएक्टर, आदि।

यह ऐसी तकनीक को भी संभव बनाएगा जो अब तक या तो पूरी तरह से असंभव थी या कम तापमान सुपरकंडक्टर्स की तकनीकी सीमाओं के कारण अत्यधिक महँगी थी।

इसमें हाइपरलूप ट्रेनें, कक्षा तक पहुँचने के लिए मास ड्राइवर्स, व्यावसायिक न्यूक्लियर फ्यूजन, महाद्वीपीय ग्रिड कनेक्शन, आदि शामिल हैं। प्रत्येक ऐसी तकनीक है जो मानव सभ्यता के मार्ग को हमेशा के लिए बदल देगी।

सुपरकंडक्टिविटी समाधान में अग्रणी

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 प्रणाली होगी, उतनी ही अधिक उसे ओवरहीटिंग से बचने के लिए सुपरकंडक्टिव तकनीक की आवश्यकता होगी।

अपने नाम के बावजूद, ASMC न केवल सुपरकंडक्टर सिस्टम प्रदान करता है बल्कि, उदाहरण के लिए, पवन टरबाइन के लिए गियर ड्राइवट्रेन भी देता 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 को बढ़ती भू‑राजनीतिक जोखिमों के जवाब में आधुनिकीकरण की आवश्यकता।

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

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

स्रोत: American Superconductor Corporation

विंड टरबाइन सेक्शन में, AMSC मुख्यतः इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम (ECS) के साथ सक्रिय है। ऐतिहासिक रूप से, ESC कंपनी के लिए 2 MW विंड टरबाइन के साथ एक मजबूत सेक्शन था, लेकिन यह धीरे‑धीरे घटता गया। AMSC नई 3 MW 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, एक प्रणाली जो जहाजों के चुंबकीय हस्ताक्षर को बदलकर उन्हें समुद्री माइन से बचाती है। यह प्रणाली अब तक US, Canadian और UK नौसेनाओं को बेची गई है, जिसमें अब तक $75M के आदेश शामिल हैं।

समग्र रूप से, ASMC आज उपलब्ध निचले‑बाजार अनुप्रयोगों में सुपरकंडक्टिव तकनीक का उपयोग करने में सर्वश्रेष्ठ 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 जोखिमों की गणना उसी अनुसार करनी चाहिए।

American Superconductor Corporation पर नवीनतम

अध्ययन संदर्भ:

^{1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) 40 K से ऊपर (La,Pr)3Ni2O7 में वायुमंडलीय-दाब सुपरकंडक्टिविटी की शुरुआत Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z}