भौतिक विज्ञान
द्विपरत निकेलट: उच्च तापमान सुपरकंडक्टर का एक नया वर्ग
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अतिचालकता सीमाएँ
बिजली इतिहास में सबसे अधिक परिवर्तनकारी तकनीकों में से एक रही है, जो लंबी दूरी तक ऊर्जा के एक बहुत ही उपयोगी रूप को संचारित करने की अनुमति देती है। लेकिन हर “सामान्य” विद्युत प्रणाली को विद्युत प्रतिरोध का सामना करना पड़ता है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह लागू होने पर गर्मी उत्पन्न होती है।
एक विकल्प मौजूद है: तथाकथित अतिचालक पदार्थ। अतिचालक पदार्थों में विद्युत प्रतिरोध शून्य होता है, जो गर्मी पैदा किए बिना अत्यंत शक्तिशाली धाराओं का उपयोग करने की अनुमति देता है।
अतिचालकता के बिना, बहुत सारी आधुनिक तकनीक संभव नहीं होगी, जिसमें कण त्वरक (उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड) भी शामिल है। सर्न), एमआरआई, और मैग्लेव ट्रेन.
अतिचालकता सबसे आशाजनक मेगाप्रोजेक्ट्स और तकनीकी नवाचार का एक महत्वपूर्ण घटक होगा, जैसे आईटीईआर और नाभिकीय संलयन, जन चालक, क्वांटम कंप्यूटर, आदि
शून्य-हानि विद्युत ऊर्जा लाइनें अल्ट्रा-लॉन्ग ग्रिड कनेक्शन विकसित करने में भी महत्वपूर्ण हो सकती हैं, जिससे मौसम की स्थितियों और समय क्षेत्रों में नवीकरणीय ऊर्जा के उत्पादन को बफर करने में मदद मिलेगी, तथा सौर और पवन ऊर्जा की कुछ सीमाओं का समाधान हो सकेगा।
स्रोत: XOT मेटल्स
हालांकि, अतिचालकता पर अभी तक केवल उन्हीं पदार्थों में महारत हासिल की गई है जो अत्यंत निम्न तापमान पर, परम शून्य से कुछ डिग्री ऊपर या अत्यंत उच्च दबाव पर इसे प्रदर्शित करते हैं।
इससे यह न केवल किसी भी बल्कि सबसे अधिक मांग वाले अनुप्रयोगों (मैग्लेव, एमआरआई, आदि) के लिए बहुत जटिल हो जाता है, बल्कि बहुत महंगा भी हो जाता है, जिससे यह कई अनुप्रयोगों के लिए अलाभकारी हो जाता है जो सुपरकंडक्टिव सामग्री या किसी बड़े पैमाने पर उपयोग से लाभान्वित हो सकते हैं।
अतिचालकता के अनेक रास्ते
अब ऐसा प्रतीत होता है कि उच्च दबाव में उत्पादित पदार्थ निम्न दबाव में अपनी कुछ अतिचालकता बरकरार रख सकता है। दबाव-शमन प्रोटोकॉल (पीक्यूपी) नामक एक प्रयोगात्मक विधि के माध्यम से.
हाल ही में, WSe₂ (टंगस्टन सेलेनियम) की मुड़ी हुई द्विपरत यह उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टरों के लिए भी एक अच्छा सामग्री उम्मीदवार प्रतीत होता है।
तो कई सालों की धीमी प्रगति के बाद, ऐसा लगता है कि भौतिकविदों ने सुपरकंडक्टिंग सामग्री बनाने के बिल्कुल नए तरीके खोजने शुरू कर दिए हैं। और अब इस सूची में एक नया तरीका जुड़ गया है, जिसमें निकेल युक्त सुपरकंडक्टर्स का एक नया परिवार शामिल है।
शेन्ज़ेन स्थित दक्षिणी विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय तथा सिंघुआ विश्वविद्यालय के चीनी शोधकर्ताओं ने पता लगाया है कि द्विपरत निकेलयुक्त अतिचालक, बिना किसी प्रतिरोध के, पूर्ण शून्य से काफी ऊपर तथा परिवेशी दबाव पर विद्युत का संचालन करते हैं।1
उन्होंने अपने परिणाम प्रतिष्ठित वैज्ञानिक पत्रिका नेचर में “(La,Pr)40Ni3O2 फिल्मों में 7 K से ऊपर परिवेशी दबाव अतिचालकता प्रारंभ होती है".
न-बहुत-ठंडे सुपरकंडक्टर
उच्च तापमान अतिचालकता एक दिन एक विकल्प बन सकती है, विशेष रूप से इस रहस्यमय मामले में। लालकृष्ण-99 (तांबा-प्रतिस्थापित लीड एपेटाइट का एक रूप - सीएसएलए), एक नए प्रकार का परिवेश-दबाव, कमरे के तापमान का सुपरकंडक्टर।
इस दावे का तुरंत विरोध किया गया और इसे एक धोखा या माप त्रुटि बताकर इसकी आलोचना की गई, लेकिन फिर अन्य शोधकर्ताओं ने पाया कि आखिरकार कुछ तो हो रहा है.
लेकिन यह सुपरकंडक्टरों का एकमात्र वर्ग नहीं है जो अधिक तापमान पर काम कर सकता है।
हाल ही में यह पता चला है कि सिरेमिक के दो समूह (तांबा-आधारित कप्रेट और लौह-आधारित निक्टिड) अपरंपरागत सुपरकंडक्टर के रूप में काम करते हैं जो कमरे के दबाव और 150°K (-123°C / -189°F) के उच्च तापमान पर काम करते हैं।
स्रोत: सामग्री आज
अब, ऐसा प्रतीत होता है कि निकेलट इन सिरेमिक्स के साथ मिलकर एक ऐसा पदार्थ बना रहे हैं जो उच्च तापमान पर सुपरकंडक्टर के रूप में काम करता है।
हालांकि यह इतना गर्म नहीं है, लेकिन मौजूदा सुपरकंडक्टर की तुलना में तापमान तक पहुंचना बहुत आसान है। उदाहरण के लिए, ITER के अतिचालक चुम्बक इसे तरल हीलियम के साथ परम शून्य के करीब ठंडा करने की आवश्यकता होगी, जो एक बहुत ही ऊर्जा-गहन और महंगी प्रक्रिया है।
कुल मिलाकर, यह दर्शाता है कि मध्यम अवधि में सुपरकंडक्टर अधिक सामान्य हो जाएंगे, क्योंकि उनके कई और रूपों की खोज और प्रयोग किए जा रहे हैं।
अतिचालक निकेलट
2019 में हांगकांग सिटी यूनिवर्सिटी के भौतिक विज्ञानी डैनफेंग ली और उनके सहयोगी ने निकेल में संभावित अतिचालकता गुणों की खोज की थी। 2023 में, एक अन्य टीम ने उच्च तापमान पर, लेकिन उच्च दाब में, निकेल की अतिचालकता का प्रदर्शन किया।
स्रोत: प्रकृति
लेकिन दिसंबर 2024 में पहली बार यह पाया गया कि निकेल एक महत्वपूर्ण तापमान पर प्रतिरोध खो देते हैं और चुंबकीय क्षेत्र को निष्कासित कर देते हैं, जो अतिचालकता के दोनों ही मजबूत संकेत हैं।
इस परिणाम को प्राप्त करने के लिए, La2.85Pr0.15Ni2O7 (लैंटानम-प्रेजोडीमियम-निकेल) की एकल-क्रिस्टल फिल्मों को नामक तकनीक का उपयोग करके उगाया गया था विशाल-ऑक्सीडेटिव परमाणु-परत-दर-परत एपिटैक्सी (GOALL-एपिटैक्सी)यह तकनीक शोधकर्ताओं की एक ही टीम द्वारा विकसित की गई है और यह परमाणु स्तर पर सामग्री की परतों के निर्माण में कई गुना अधिक मजबूत ऑक्सीकरण और परिशुद्धता प्रदान करती है।
स्रोत: अनुसंधान गेट
निकेल-आधारित यौगिक का अध्ययन करने के लिए उन्नत विश्लेषणात्मक विधियों का उपयोग किया गया, जिसमें स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसटीईएम) छवियां और एक्स-रे पारस्परिक स्थान मैपिंग (आरएसएम) शामिल हैं।
उन्होंने निकल ऑक्साइड परत में एक चतुष्कोणीय चरण की उपस्थिति का खुलासा किया, जो सही परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह के लिए जिम्मेदार हो सकता है।
अतिचालक पदार्थों में सुधार
निकेलट गुणों को सुधारने के लिए प्रारंभिक परीक्षण के रूप में इस्तेमाल की जाने वाली विधि को और बेहतर बनाया जा सकता है। इससे इन सुपरकंडक्टरों के तापमान को और बढ़ाने के लिए कई परीक्षण किए जा सकते हैं।
"इस बात की बहुत बड़ी आशा है कि हम अंततः महत्वपूर्ण तापमान को बढ़ा सकेंगे और ऐसे पदार्थों को अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयोगी बना सकेंगे।"
डैनफेंग ली - हांगकांग सिटी यूनिवर्सिटी में भौतिक विज्ञानी।
विश्लेषण से पता चलता है कि निकेलट को अतिचालकता प्रदान करने वाली प्रक्रिया, कप्रेट (तांबे से बने) को प्रभावित करने वाली प्रक्रिया के समान है।
"इसे बढ़ाना प्राथमिकता है। टीम सामग्री को कैसे उगाया जाता है और इसकी सटीक संरचना को कैसे बदला जाए, इसके लिए विभिन्न तरकीबें आजमा रही है।"
ज़ूओयू चेन - SUSTech में भौतिक विज्ञानी
सिद्धांत से पहले प्रयोग
यह ध्यान देने योग्य बात है कि उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टरों, या यहां तक कि संभावित कमरे के तापमान वाले सुपरकंडक्टरों के संबंध में हाल के परिणाम, इस क्षेत्र में सैद्धांतिक भौतिकी से आगे चल रहे हैं।
तो, यह क्यों काम करता है यह अभी भी एक रहस्य है। अभी तक इस बात की पूरी व्याख्या नहीं है कि ये पदार्थ सुपरकंडक्टर क्यों हैं, और यह पूर्वानुमान लगाने का कोई पूर्वानुमान लगाने का तरीका भी नहीं है कि कौन सा पदार्थ इन विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकता है।
अब तक, उच्च दबाव या अतिशीत स्थितियों की आवश्यकता ने इन सामग्रियों के अध्ययन को गंभीर रूप से बाधित कर दिया था, क्योंकि जब अतिचालकता केवल हीरे की निहाई या तरल हीलियम में होती है, तो किसी भी चीज का परीक्षण करना कठिन था।
रखरखाव की आसान परिस्थितियों से वैज्ञानिकों को इन सामग्रियों का अध्ययन करने और उन्हें संशोधित करने के लिए अधिक अवसर मिलेंगे।
अतः इसमें सुधार की काफी गुंजाइश है, तथा इन सामग्रियों की बेहतर समझ, जिसमें कृत्रिम बुद्धि (AI) की सहायता भी शामिल है, से आगे बढ़ने में मदद मिलेगी।
इससे इस क्षेत्र में और अधिक शोधकर्ताओं को काम करने का मौका मिलेगा तथा अधिक कंपनियां इन परियोजनाओं पर अनुसंधान एवं विकास बजट लगाएंगी, जिससे प्रगति की गति तेज होगी।
भविष्य के अनुप्रयोग
यदि उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टरों को पर्याप्त रूप से समझ लिया जाए और उन्हें बड़े पैमाने पर निर्मित किया जा सके, तो वे तत्काल ही आश्चर्यजनक परिणाम देने वाले होंगे।
पहला तात्कालिक प्रभाव यह होगा कि पहले से ही अतिचालकता का लाभ उठाने वाले उपकरणों की लागत में कमी आएगी, जैसे एमआरआई, मैग्लेव ट्रेन, उन्नत टर्बाइन और जनरेटर, कण त्वरक, प्रायोगिक संलयन रिएक्टर आदि।
इससे ऐसी प्रौद्योगिकी भी संभव हो सकेगी जो अब तक या तो कभी विकसित नहीं हो सकी थी या निम्न तापमान सुपरकंडक्टरों की तकनीकी बाधाओं के कारण अत्यधिक महंगी थी।
यह भी शामिल है हाइपरलूप ट्रेनें, कक्षा तक पहुंचने के लिए द्रव्यमान चालक, वाणिज्यिक परमाणु संलयन, अंतरमहाद्वीपीय ग्रिड कनेक्शन, आदि। इनमें से प्रत्येक एक ऐसी तकनीक है जो मानव सभ्यता के मार्ग को हमेशा के लिए बदल देगी।
अतिचालकता समाधान में अग्रणी
अमेरिकी सुपरकंडक्टर कॉर्पोरेशन
(AMSC )
एएमएससी एक ऐसी कंपनी है जो पावर ग्रिड, जहाजों और पवन ऊर्जा के लिए ऊर्जा समाधान प्रदान करती है। आम तौर पर, कोई सिस्टम जितना ज़्यादा बिजली की खपत करता है या विशाल होता है, उसे ज़्यादा गरम होने से बचाने के लिए उतनी ही ज़्यादा सुपरकंडक्टिंग तकनीक की ज़रूरत होती है।
अपने नाम के बावजूद, एएसएमसी न केवल सुपरकंडक्टर सिस्टम प्रदान करता है, बल्कि उदाहरण के लिए, पवन टर्बाइनों के लिए गियर ड्राइवट्रेन भी प्रदान करता है।
कंपनी कई विकास कारकों पर सवार है, जिसमें विद्युतीकरण और डिजिटलीकरण (एआई डेटासेंटर सहित) की प्रवृत्ति शामिल है, लेकिन साथ ही अमेरिकी विनिर्माण क्षमताओं का पुनर्स्थापन और बढ़ते भू-राजनीतिक जोखिमों के जवाब में एंग्लोस्फीयर की नौसेनाओं के आधुनिकीकरण की आवश्यकता भी शामिल है।
बिजली आपूर्ति खंड में, एएमएससी ने ऑर्डर में लगातार वृद्धि देखी है। यह सेमीकंडक्टर फ़ैब्स द्वारा बिजली ग्रिड के उतार-चढ़ाव से सुरक्षा की तलाश, नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थायी प्रकृति से निपटने में ग्रिड की मदद करने और औद्योगिक स्थलों पर बिजली आपूर्ति और नियंत्रण के कारण हुआ है।
पवन टर्बाइन सेगमेंट में, AMSC मुख्य रूप से इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम (ECS) के साथ सक्रिय है। ऐतिहासिक रूप से, ESC 2MW पवन टर्बाइन के साथ कंपनी के लिए एक मजबूत सेगमेंट था, लेकिन इसमें धीरे-धीरे गिरावट आई है। AMSC का लक्ष्य भारतीय बाजार पर विशेष ध्यान देने के साथ नए 3MW टर्बाइन डिज़ाइन की बदौलत वापसी करना है।
स्रोत: अमेरिकन सुपरकंडक्टर कॉर्पोरेशन
सैन्य जहाजों के लिए, एएसएमसी "एएमएससी का उच्च तापमान सुपरकंडक्टर मैग्नेटिक माइन काउंटरमेज़र" प्रदान करता है, जो जहाजों के चुंबकीय हस्ताक्षर को बदलकर उन्हें समुद्री माइनों से बचाने की एक प्रणाली है। इसे अमेरिका, कनाडा और ब्रिटेन की नौसेनाओं को बेचा जाता है और अब तक इसके 75 मिलियन डॉलर के ऑर्डर मिल चुके हैं।
कुल मिलाकर, ASMC आज के समय में व्यवहार्य आला अनुप्रयोगों में सुपरकंडक्टर तकनीक का लाभ उठाने में सबसे अच्छा प्रदर्शन कर रहा है, जबकि भविष्य में और अधिक प्रगति को लागू करने के लिए तैयार होने की संभावना है। निवेशकों को यह भी ध्यान रखना चाहिए कि स्टॉक ने अतीत में अत्यधिक अस्थिरता का अनुभव किया है, और तदनुसार जोखिमों की गणना करनी चाहिए।
अमेरिकन सुपरकंडक्टर कॉर्पोरेशन पर नवीनतम जानकारी
अध्ययन संदर्भ:
1.झोउ, जी., ल्व, डब्लू., वांग, एच. एट अल.(2025) (La,Pr) में 40 K से ऊपर परिवेशी दबाव अतिचालकता का प्रारंभ3Ni2O7 प्रकृति. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z
