NUS ने तांबा-रहित सामग्री के साथ उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिविटी की खोज की

यह सुपरकंडक्टिविटी की संभावनाएँ

विद्युत वह सबसे महत्वपूर्ण तकनीकों में से एक है जो मानवता ने अब तक आविष्कार की है। अपनी सामान्य रूप में, यह हमेशा कुछ स्तर का विद्युत प्रतिरोध रखती है, जिससे जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है तो गर्मी उत्पन्न होती है।

यह कुछ ऐसे अनुप्रयोगों के लिए गंभीर सीमाएँ उत्पन्न कर सकता है जिनमें अत्यधिक धारा या चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता होती है, क्योंकि इससे कोई भी विद्युत प्रणाली सरलता से पिघल सकती है।

एक विकल्प है सुपरकंडक्टिविटी, वह घटना जिसमें विद्युत प्रतिरोध शून्य हो जाता है। हालांकि, बहुत लंबे समय तक यह केवल अल्ट्रा-निम्न तापमान पर, शून्य के निकट (0 K), अर्थात लगभग -273 °C/-387 °F पर ही देखा जाता था।

यह बदलाव एक खोज के साथ आया जिसने 1987 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार प्राप्त किया: तांबा ऑक्साइड से बने उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स।

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

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

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

स्रोत: XOT Metals

उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिविटी

वर्तमान में, निम्न-तापमान की आवश्यकता के कारण सुपरकंडक्टिविटी केवल उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए ही आर्थिक रूप से व्यवहार्य है: मैग्लेव, एमआरआई आदि।

और जबकि वैज्ञानिक रूप से रोचक है, उच्च दबाव में सुपरकंडक्टिविटी व्यावहारिक अनुप्रयोगों के संदर्भ में अपेक्षाकृत बेकार है।

हाल ही में सुपरकंडक्टिविटी क्षेत्र में काफी प्रगति हुई है जो स्थिति को बदल सकती है:

• अब ऐसा लगता है कि उच्च दबाव में निर्मित सामग्री कुछ हद तक अपने सुपरकंडक्टिविटी को कम दबाव पर भी बनाए रख सकती है एक प्रयोगात्मक विधि जिसे प्रेशर-क्वेंच प्रोटोकॉल (PQP) कहा जाता है के माध्यम से।
• ट्विस्टेड बाइलायर ऑफ़ WSe₂ (टंग्स्टन सेलेनियम) भी उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स के लिए एक अच्छा सामग्री उम्मीदवार प्रतीत होता है।
• एक अन्य नई वर्ग की संभावित सुपरकंडक्टर्स, बाइलायर निकेलेट्स, इस वर्ष सूची में जोड़े गए हो सकते हैं।
• फिर आया पहेली जैसा मामला LK-99 (तांबा-स्थापित लीड एपेटाइट – CSLA), संभावित रूप से एक नया प्रकार का वायुमंडलीय दबाव, कमरे के तापमान का सुपरकंडक्टर।
  • दावा तुरंत ही एक धोखा या माप त्रुटि के रूप में चुनौती दिया गया, लेकिन अन्य शोधकर्ताओं ने पाया कि शायद वास्तव में कुछ हो रहा है।

इन नई खोजों के बावजूद, बड़े पैमाने पर सुपरकंडक्टिविटी अभी भी एक अच्छी तरह से समझा न गया घटना है, जिसमें नई सामग्री खोजने के लिए कई अंधे प्रयास किए जा रहे हैं। इसलिए एक बेहतर सैद्धांतिक ढाँचा आवश्यक है।

एक पहेली का टुकड़ा मार्च 2025 में मिला, जिसमें सुपरकंडक्टिविटी के संभावित उच्च तापमान (Tc) को समझने में प्रगति हुई।

एक और महत्वपूर्ण विकास ने राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, सिंगापुर (NUS) के शोधकर्ताओं को एक नया सैद्धांतिक मॉडल बनाने में मदद की, जिससे पहले ही तांबा-रहित सुपरकंडक्टिंग सामग्री की खोज हुई। यह उपलब्धि हाल ही में प्रतिष्ठित वैज्ञानिक प्रकाशन नेचर¹ में “Ambient Pressure पर होल-डोप्ड SmNiO₂ में लगभग 40 K के निकट बल्क सुपरकंडक्टिविटी” शीर्षक के तहत प्रकाशित की गई।

नया सुपरकंडक्टिविटी मॉडल

सुपरकंडक्टिविटी की व्याख्या

शोधकर्ताओं ने एक नया सैद्धांतिक मॉडल विकसित किया जो यह समझाता है कि सुपरकंडक्टिविटी कैसे कार्य करती है। यह एक जटिल विषय है, जिसे कुछ मुख्य अवधारणाओं के साथ सरल किया जा सकता है:

कूपर जोड़े, या दो इलेक्ट्रॉन जो क्वांटम प्रभाव के माध्यम से बंधे होते हैं, सामग्री को सुपरकंडक्टिव बनाने का मुख्य तत्व हैं।

कूपर जोड़ों का संघनन ही सुपरकंडक्टिविटी उत्पन्न करता है, कम से कम उन शोधकर्ताओं के अनुसार जिन्होंने मूल रूप से सुपरकंडक्टिविटी को समझाया (बार्डेन–कूपर–श्रिएफ़र सिद्धांत, या BCS सिद्धांत), और इस विचार के लिए उन्हें 1972 का भौतिकी नोबेल पुरस्कार मिला।

यह फ़ोनॉन, अर्थात सामग्री के लैटिस का क्वांटम स्तर पर कंपन, कूपर जोड़ों के निर्माण को प्रेरित करता है। जब पर्याप्त कूपर जोड़े बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को टकराव के बिना सामग्री के भीतर गति करने की अनुमति मिलती है, जिससे विद्युत प्रतिरोध समाप्त हो जाता है।

स्रोत: Fiveable

नए सुपरकंडक्टर्स की भविष्यवाणी और उत्पादन

कूपर जोड़े के निर्माण की भविष्यवाणी करने वाला नया मॉडल शोधकर्ताओं को कई संभावित सुपरकंडक्टर्स की पहचान करने में मदद करता है, जिनमें कई में तांबे के परमाणु नहीं होते।

उन्होंने फिर भविष्यवाणी किए गए पदार्थों में से एक को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया: समेरियम‑यूरोपियम‑कैल्शियम‑निकेल ऑक्साइड (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂।

“जैसा हमने भविष्यवाणी और डिजाइन किया, यह गैर‑तांबा‑आधारित सुपरकंडक्टिंग ऑक्साइड समुद्र स्तर पर वायुमंडलीय दबाव में उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टिविटी दर्शाता है, अतिरिक्त संपीड़न की आवश्यकता नहीं—बिल्कुल तांबा ऑक्साइड की तरह।

यह खोज संकेत देती है कि असामान्य उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टिविटी केवल तांबे तक सीमित नहीं है, बल्कि आवर्त सारणी के कई तत्वों में अधिक व्यापक रूप से मौजूद हो सकती है।

डॉ. स्टीफ़न लिन एर चो – राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, सिंगापुर के शोधकर्ता

उन्होंने इस यौगिक में 30 K से ऊपर शून्य विद्युत प्रतिरोध (सुपरकंडक्टिविटी) की पुष्टि भी की। यह न केवल प्रयोग के लिए एक नई सामग्री है, बल्कि यह प्रमाण भी है कि उन्होंने जो मॉडल उपयोग किया वह भविष्यवाणी मूल्य रखता है, जिससे यह संभावना बनती है कि अन्य भविष्यवाणी किए गए सुपरकंडक्टिव पदार्थ भी कार्य कर सकते हैं। यह 1990 के दशक के बाद से ऐसा पहला उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टर खोज है।

स्रोत: National University of Singapore

राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, सिंगापुर के पीएचडी छात्र झाओयांग लुओ ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके संश्लेषित सामग्री की उच्च क्रिस्टलीयता और शुद्ध‑फेज प्रकृति प्रदर्शित की। यह नई सामग्री को बहुत स्थिर बनाता है, जिससे यह संभावित भविष्य के औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छा उम्मीदवार बनती है।

“नोबेल‑विजेता खोज के बाद यह पहली बार है कि एक तांबा‑रहित उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टिंग ऑक्साइड को वायुमंडलीय दबाव में कार्य करते हुए पाया गया है।

इसके अतिरिक्त, यह नई सामग्री वायुमंडलीय परिस्थितियों में अत्यधिक स्थिर है, जिससे इसकी पहुँच में उल्लेखनीय सुधार हुआ है।

प्रो. Ariando – प्रोफेसर, राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, सिंगापुर

नई सामग्री की उत्पादन विधि भी काफी मजबूत है, जिसमें कोई संरचनात्मक दोष नहीं दिखता, जिससे व्यावहारिक अनुप्रयोगों की संभावनाएँ और बढ़ती हैं।

अनुप्रयोग और भविष्य विकास

अब जब उनके पास एक अधिक ठोस सैद्धांतिक ढाँचा है, शोधकर्ता सुपरकंडक्टिंग सामग्री के कुछ विशिष्ट पैरामीटर को सूक्ष्म‑समायोजन कर सकते हैं। विशेष रूप से, वे परमाणु और अणु विशेषताओं जैसे इलेक्ट्रॉनिक ऑक्यूपेंसी शिफ्टिंग और हाइड्रोस्टैटिक दबाव का उल्लेख करते हैं।

यह पूरी तरह नई प्रकार की सुपरकंडक्टर्स या संभवतः उच्च संचालन तापमान वाली नई सुपरकंडक्टर्स के परिवार के मार्ग को खोल सकता है।

किसी भी उच्च‑तापमान सुपरकंडक्टर को बड़े पैमाने पर निर्मित किया जा सके तो दो मुख्य प्रभाव हो सकते हैं:

• वर्तमान में सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करने वाली तकनीकों की लागत को नाटकीय रूप से घटाना, जिससे उनका उपयोग लोकतांत्रिक हो सके, विशेषकर मैग्लेव और एमआरआई में।
• नई उपयोग क्षेत्रों को खोलना, विशेषकर यदि Tc तापमान इतना उच्च हो जाए कि वह तरल नाइट्रोजन (-196 °C / -320 °F) के बराबर हो, जो वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले कूलेंट की तुलना में बहुत सस्ता और आसान उत्पादन योग्य है।
  • इन नई अनुप्रयोगों में पावर ट्रांसमिशन, ऊर्जा भंडारण, लेज़र, जहाज़, अंतरिक्ष प्रोपल्शन एवं कक्षा तक पहुँच (मास ड्राइवर) आदि शामिल हो सकते हैं।

यह अवलोकन सैद्धांतिक समझ और व्यावहारिक प्रयोग दोनों के लिए गहरी प्रभावशाली संभावनाएँ रखता है, जिससे व्यापक श्रेणी के सुपरकंडक्टिंग सामग्री के विकास में आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यावहारिक अनुप्रयोग संभव हो सकते हैं,

प्रो. Ariando – प्रोफेसर, राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, सिंगापुर

Leaders in Superconductivity Solutions

AMSC एक कंपनी है जो पावर ग्रिड, जहाज़ 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 बचाने के लिए सुपरकंडक्टिंग तकनीक की आवश्यकता होगी।

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

कंपनी कई विकास प्रेरकों से लाभान्वित हो रही है, जैसे इलेक्ट्रिफिकेशन, डिजिटलाइजेशन (AI डेटा‑सेंटर सहित) का रुझान, साथ ही अमेरिकी निर्माण क्षमता का रीशोरिंग और एंग्लोस्फीयर के नौसेनाओं को बढ़ते 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 ऑर्डर में स्थिर वृद्धि देखी है। यह सेमीकंडक्टर फैब्स द्वारा पावर ग्रिड उतार‑चढ़ाव से सुरक्षा, नवीकरणीय ऊर्जा की अंतराल प्रकृति को संभालने में ग्रिड की मदद, और औद्योगिक साइटों पर पावर सप्लाई एवं कंट्रोल्स की मांग से प्रेरित था।

पवन टरबाइन सेक्शन में, AMSC मुख्यतः इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम (ECS) के साथ सक्रिय है। ऐतिहासिक रूप से, ESC कंपनी के लिए 2 MW पवन 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 जहाज़ों के लिए, ASMC “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure” प्रदान करता है, एक प्रणाली जो जहाज़ों के चुंबकीय हस्ताक्षर को बदलकर उन्हें समुद्री माइन से बचाती है। यह प्रणाली यूएस, कनाडा और यूके नौसेनाओं को बेची गई है, और अब तक $75 M के ऑर्डर प्राप्त हुए हैं।

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

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संदर्भित अध्ययन:

^{1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) A. Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2at ambient pressure. Nature. 20 मार्च 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4}