सुपरकंडक्टिव 3D प्रिंटिंग क्वांटम कंप्यूटिंग को कैसे आगे बढ़ा रही है

Nanoscale Manufacturing: Building the Future Atom by Atom

जैसे-जैसे वैज्ञानिक पदार्थीय दुनिया पर बढ़ती महारत हासिल कर रहे हैं, हमारी निर्माण प्रक्रिया से अधिक से अधिक सटीकता की अपेक्षा की जा रही है। कच्चे धातु को कुहासों में ढालने से अब हम व्यक्तिगत परमाणुओं को नियंत्रित करके उन्नत सेंसर, ट्रांजिस्टर आदि बना रहे हैं।

इस बढ़ते नियंत्रण स्तर का एक और परिणाम यह है कि हम किसी पदार्थ के गुणों को मूल रूप से बदल सकते हैं। हम अब जानते हैं कि सिलिकॉन की एक पतली परत को कंप्यूटर चिप में बदलकर उसे ‘सोच’ने वाला बना सकते हैं।

अन्य परिवर्तन भी संभव हैं, विशेष रूप से उन प्राकृतिक विशेषताओं को देना जो पदार्थ स्वाभाविक रूप से नहीं रखते। इसे करने का एक तरीका नैनोस्केल स्तर पर उनकी संरचना बदलना है।

जर्मनी के मैक्स प्लांक संस्थान, जर्मनी के इन्स्टिट्यूट फॉर इमर्जिंग इलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजीज, और ऑस्ट्रिया के विश्वविद्यालय वियना के वैज्ञानिकों ने पाया है कि वे किसी पदार्थ को उसके 3D विन्यास को बदलकर, जटिल नैनोस्ट्रक्चर बनाकर, सुपरकंडक्टर में बदल सकते हैं।

उन्होंने अपनी खोज Advanced Function Material¹ में प्रकाशित की, शीर्षक “रीकॉन्फ़िगरेबल थ्री-डायमेंशनल सुपरकंडक्टिंग नैनोआर्किटेक्चर”。

Why 3D Nanostructures Are Key to Breaking 2D Technology Limits

कई नैनोस्केल सिस्टम को सरल 2D शीट के रूप में डिजाइन किया जाता है, जिससे वैज्ञानिक उन्हें सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते हैं।

हालांकि, तीन आयामों में विस्तार करने से मौलिक सीमाओं को पार करने और नई कार्यक्षमताओं को प्राप्त करने का अवसर मिलता है।

उदाहरण के लिए, अर्धचालक मिनिएचराइजेशन में सीमाओं के कारण 2D उपकरण अब मूर्स के नियम का पालन नहीं करते। इसके बजाय, उद्योग ने उच्च डिवाइस घनत्व और कनेक्टिविटी के लिए 3D-स्टैक्ड CMOS की ओर रुख किया।

इसी प्रकार, ऑप्टिक्स में, 3D मेटामटेरियल प्रकाश के गुणों पर नई नियंत्रण प्रदान करते हैं, जैसे ब्रोडबैंड ध्रुवीकरण या नकारात्मक अपवर्तनांक, जिनके अपने व्यापक संभावित अनुप्रयोग हैं।

अब वही बात कंडक्टर और सुपरकंडक्टर पर भी लागू होती है, जहाँ एक प्रक्रिया बनाई गई है जो 3D नैनो प्रिंटर की तरह काम करती है, सतह पर नहीं बल्कि 3D में संरचनाएँ बनाती है।

Quantum Effects in 3D Superconductive Structures

क्वांटम कण भौतिकी सिद्धांतों ने पहले ही भविष्यवाणी की है कि 3D संरचनाएँ 2D संरचनाओं से बहुत अलग व्यवहार करेंगी। यह विशेष रूप से सुपरकंडक्टरों के लिए सत्य है, जो ऐसी सामग्री हैं जिनमें कोई विद्युत प्रतिरोध नहीं होता, जहाँ 3D संरचनाओं से सुपरकंडक्टिंग वॉर्टिसेज़ पर स्थानीय नियंत्रण संभव हो सकता है।

इस प्रकार के “मैग्नेटिक वॉर्टेक्स” की खोज को 2003 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, जो सुपरकंडक्टिविटी के कार्य सिद्धांत को समझने में एक प्रमुख प्रगति थी।

स्रोत: Nobel Prize

सुपरकंडक्टिंग सामग्री की 3D संरचना पूरी तरह नए क्वांटम घटनाओं को भी उत्पन्न करनी चाहिए (जैसे “सुपरकंडक्टिंग मोइउस स्ट्रिप में नोडल स्थिति”), जिन्हें शोधकर्ता व्यावहारिक अनुप्रयोगों के विकास में उपयोग कर सकते हैं।

How Scientists Built a 3D Nanoprinter for Superconductors

शोधकर्ताओं ने 3D फोकस्ड इलेक्ट्रॉन बीम इन्ड्यूस्ड डिपोजिशन (3D FEBID) का उपयोग किया, जो 3D नैनोस्ट्रक्चर बनाने की एक ज्ञात विधि है, लेकिन अब तक इसे सुपरकंडक्टिंग सामग्री के लिए उपयोग नहीं किया गया था।

उन्होंने 4 नैनोस्कोपिक फिलामेंट्स जो एक-दूसरे को समर्थन देते हैं, के साथ एक पिरामिड-आकार की संरचना बनाई। यह सुपरकंडक्टिंग टंगस्टन-कार्बाइड (W-C) से बनी है।

स्रोत: Advanced Function Material

फिर उन्होंने पुष्टि की कि यह संरचना लगभग 5 K (-268 °C / -450 °F) पर एक तीव्र सुपरकंडक्टिंग संक्रमण दिखाती है।

फिर उन्होंने मापा कि वॉर्टिसेज़ संरचना के साथ 3D गति में प्रसारित हो सकते हैं, और सूचना तथा वोल्टेज का दीर्घ-रेंज ट्रांसफर कर सकते हैं। 3D संरचना वॉर्टिसेज़ के आकार को भी नियंत्रित करती है।

स्रोत: Advanced Function Material

Reconfigurable Superconductivity with Magnetic Fields

मैग्नेटिक फ़ील्ड की दिशा बदलकर, वॉर्टिसेज़ के आकार के कारण, सुपरकंडक्टिव विशेषता को इच्छानुसार चालू और बंद किया जा सकता है।

स्रोत: Advanced Function Material

यह पूर्ण सुपरकंडक्टिंग (SC) 3D संरचना, केवल आधी सुपरकंडक्टिंग, या पूरी तरह सामान्य विद्युत प्रतिरोध (N) वाली संरचना बनाने की अनुमति देता है।

स्रोत: Advanced Function Material

संरचना के भीतर विभिन्न सुपरकंडक्टिव स्थितियों को बनाने की संभावना और अधिक रोचक हो जाती है क्योंकि इन 3D संरचनाओं को श्रृंखला में बनाकर और एक साथ जोड़ा जा सकता है, जिसे जोसेफ़सन वीक लिंक कहा जाता है।

“हमने पाया कि तीन-आयामी नैनोस्ट्रक्चर के विभिन्न भागों में सुपरकंडक्टिंग स्थिति को केवल मैग्नेटिक फ़ील्ड में संरचना को घुमाकर चालू और बंद किया जा सकता है।

इस प्रकार, हम एक “पुनः कॉन्फ़िगरेबल” सुपरकंडक्टिंग डिवाइस को साकार करने में सक्षम हुए!”

Claire Donnelly – Lise Meitner Group leader at the MPI-CPfS

यह व्यक्तिगत उपघटकों जैसे नैनोस्कोपिक निलंबित पुलों के जटिल सुपरकंडक्टिंग असेंबली बनाने का मार्ग खोलता है।

स्रोत: Advanced Function Material

How 3D Superconductors Could Revolutionize Sensors and Quantum Chips

हालांकि यह अत्यधिक प्रभावशाली है, शुरुआत में यह स्पष्ट नहीं हो सकता कि सुपरकंडक्टिंग सामग्री की नैनोस्केल 3D प्रिंटिंग में इस महारत को वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में कैसे उपयोग किया जा सकता है।

पहले, यह पहले से ही ज्ञात है कि जोसेफ़सन वीक लिंक का उपयोग अल्ट्रा-सेंसिटिव मैग्नेटिक फ़ील्ड सेंसर बनाने में किया जा सकता है। पहले, ऐसी प्रणाली को 2D थिन फ़िल्म के डिज़ाइन में सम्मिलित और पूर्वनिर्धारित होना आवश्यक था। इस पुनः कॉन्फ़िगरेबल प्रणाली के साथ, 3D संरचना द्वारा लाया गया एक अंतर्निहित लाभ यह है कि अधिक सटीक और नियंत्रित माप लागू किया जा सकता है।

एक अन्य क्षेत्र जो लाभान्वित होगा वह सुपरकंडक्टर-आधारित कंप्यूटिंग है, जिसमें ऊर्जा-कुशल न्यूरोमॉर्फिक्स और क्वांटम कंप्यूटिंग शामिल हैं। 3D ज्यामिति द्वारा प्रदान की गई बढ़ी हुई कनेक्टिविटी और जटिलता इन प्रणालियों के लिए अधिक जटिल और शक्तिशाली कंप्यूटिंग चिप्स बनाने में मदद करनी चाहिए।

अंततः, यह मल्टी-टर्मिनल 3D जंक्शन और पुनः कॉन्फ़िगरेबल वीक लिंक की इंटरकनेक्टेड एरेज़ के निर्माण खंड बन सकता है। साथ मिलकर, ये क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण के तरीके को मौलिक रूप से बदल देंगे, वर्तमान 2D सिस्टम से आगे बढ़ते हुए। वे अधिक लचीले भी होंगे, क्योंकि स्वयं हार्डवेयर को पुनः कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।

सुपरकंडक्टिविटी समाधान में निवेश

American Superconductor Corporation: वास्तविक दुनिया की सुपरकंडक्टिविटी में निवेश

AMSC एक कंपनी है जो पावर ग्रिड, जहाज़ों और पवन ऊर्जा के लिए ऊर्जा समाधान प्रदान करती है। सामान्यतः, जितना अधिक पावर-खपत वाला या विशाल सिस्टम होता है, उतनी ही अधिक सुपरकंडक्टिंग तकनीक की आवश्यकता होती है ताकि ओवरहीटिंग से बचा जा सके।

अपने 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 कारकों का लाभ उठा रही है, जिसमें विद्युतीकरण और डिजिटलाइजेशन (AI डेटा सेंटर सहित) की प्रवृत्ति, अमेरिकी विनिर्माण क्षमताओं का रीशोरिंग, और बढ़ते भू-राजनीतिक जोखिमों के जवाब में एंगलोस्पेयर नौसेनाओं को आधुनिकीकरण की आवश्यकता शामिल है।

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

पावर सप्लाई सेक्टर में, AMSC ने आदेशों में निरंतर वृद्धि देखी है। यह अर्धचालक फैब्स द्वारा पावर ग्रिड में उतार-चढ़ाव से सुरक्षा की इच्छा, 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

AMSC मुख्यतः पवन टरबाइन सेक्टर में इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम्स (ECS) के साथ सक्रिय है। ऐतिहासिक रूप से, ESC कंपनी के लिए 2MW पवन टरबाइन के साथ एक मजबूत सेक्टर था, लेकिन यह धीरे-धीरे घटता गया। नई 3MW टरबाइन डिजाइन के कारण, विशेष रूप से भारतीय बाजार पर ध्यान केंद्रित करके, AMSC पुनरुत्थान का लक्ष्य रखता है।

स्रोत: American Superconductor Corporation

सैन्य जहाज़ों के लिए, ASMC “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure” प्रदान करता है, जो जहाज़ों के मैग्नेटिक सिग्नेचर को बदलकर उन्हें समुद्री माइन से बचाता है। यह प्रणाली अब तक अमेरिकी, कनाडाई और ब्रिटिश नौसेनाओं को $75 M के आदेशों के साथ बेची गई है।

समग्र रूप से, ASMC आज उपलब्ध निचे अनुप्रयोगों में सुपरकंडक्टर तकनीक का उपयोग करने में सर्वश्रेष्ठ है, जबकि भविष्य में आगे की प्रगति को लागू करने के लिए तैयार है।

निवेशकों को यह भी ध्यान देना चाहिए कि इस स्टॉक ने अतीत में अत्यधिक अस्थिरता का अनुभव किया है, और उन्हें जोखिमों की उचित गणना करनी चाहिए।

नवीनतम American Superconductor Corporation (AMSC) स्टॉक समाचार और विकास

उल्लेखित अध्ययन:

^{1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.संरचनात्मक रूप से जटिल चरण अभियांत्रिकी हाइड्रोजन-प्रतिरोधी Al मिश्रधातुओं को सक्षम बनाती है। Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2}