ट्विस्टेड बाइलायर WSe₂: एक नया ग्राफीन प्रतिद्वंद्वी?

एक नया सुपरकंडक्टिव पदार्थ

सुपरकंडक्टिविटी एक ऐसा परिघटना है जो यदि बड़े पैमाने पर और कम लागत में महारत हासिल कर ली जाए तो मानव सभ्यता में क्रांति ला सकती है। इसका कारण यह है कि अधिकांश हाई-टेक अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक शक्ति या चुंबकीय क्षेत्र के स्तर केवल सुपरकंडक्टिव सामग्री द्वारा ही संभाले जा सकते हैं, क्योंकि किसी भी विद्युत प्रतिरोध से अत्यधिक अधिक गर्मी उत्पन्न होती है।

एक दीर्घकालिक समस्या यह रही है कि लगभग सभी ज्ञात सुपरकंडक्टिव सामग्री केवल अत्यंत निम्न तापमान पर उपलब्ध हैं, अक्सर 4°K के आसपास (शून्य के केवल 4 डिग्री ऊपर)।

यह सुपरकंडक्टिविटी को केवल तरल हीलियम के साथ मिलाकर ही व्यावहारिक बनाता है, जो एक शीतलक द्रव है जिसे बहुत ऊर्जा-गहन प्रक्रिया के माध्यम से बनाना अत्यंत कठिन है।

काफी समय से, ग्राफीन, कार्बन की एक 2D मोनो-लेयर, को अधिक व्यावहारिक सुपरकंडक्टिविटी के लिए एक अच्छा उम्मीदवार माना जाता रहा है।

हालांकि, ऐसा प्रतीत होता है कि जो चीज़ ग्राफीन को आशाजनक बनाती है, वह टंगस्टन जैसे अन्य पदार्थों में भी विस्तारित की जा सकती है, जिससे एक नई सुपरकंडक्टिव सामग्री की खोज शुरू होती है। यह खोज कोलंबिया विश्वविद्यालय, टेनेसी विश्वविद्यालय, और नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स साइंस (जापान) के शोधकर्ताओं के कार्य का परिणाम है। उन्होंने अपने परिणाम प्रतिष्ठित नेचर¹ में “5.0° ट्विस्टेड बाइलायर WSe2 में सुपरकंडक्टिविटी” शीर्षक के तहत प्रकाशित किए।

सुपरकंडक्टिविटी के वादे

सस्ते और उच्च-तापमान वाले सुपरकंडक्टिव पदार्थ तकनीक के संभावित अनुप्रयोगों को पूरी तरह बदल देंगे। इससे तरल नाइट्रोजन जैसी शीतलन विधियों, या यहाँ तक कि mRNA वैक्सीन संग्रहीत करने वाले फ्रीज़र में उपयोग की जाने वाली शीतलन तकनीक को अधिक ऊर्जा-गहन विकल्पों के स्थान पर उपयोग किया जा सकेगा।

उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स द्वारा संभव होने वाली चीज़ों में शामिल हैं:

• बेहतर MRI, उच्च रिज़ॉल्यूशन और निर्माण एवं संचालन में कम लागत के साथ, इसे एक अधिक सामान्य चिकित्सा परीक्षा बनाता है।
• इलेक्ट्रोमैग्नेटिक थ्रस्ट ड्राइव सिस्टम (जिसे मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक (MHD) ड्राइव भी कहा जाता है) समुद्री जल को विद्युतित करके जहाज़ों को आगे बढ़ाते हैं।
• अधिक शक्तिशाली और कुशल इलेक्ट्रिक इंजन।
• उच्च घनत्व और अधिक सुरक्षित बैटरियों के साथ सुपरकंडक्टिव मैग्नेटिक एनर्जी स्टोरेज (SMES)।
• सुपरकंडक्टिव लिमिटर, स्विच, और फ्यूज़ विद्युत ग्रिड बुनियादी ढांचे को सुधारने के लिए।
• लॉस के बिना लंबी दूरी की पावर ट्रांसमिशन, जो नवीकरणीय ऊर्जा दक्षता को बढ़ा सकता है, उदाहरण के तौर पर, सूर्य में रहने वाले सोलर पैनल हजारों किलोमीटर दूर एक शहर को ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं।
• सस्ते और रखरखाव में आसान मैग्लेव ट्रेन या बाद में हाइपरलूप सिस्टम।
• सेंसर/मैग्नेटोमीटर (सुपरकंडक्टिव क्वांटम इंटरफ़ेरेंस डिवाइस – SQUIDS) औद्योगिक सेटिंग्स में उपयोग के लिए।
• सुपरकंडक्टिव क्वांटम कंप्यूटिंग
  • (आप हमारे लेख “क्वांटम कंप्यूटिंग की वर्तमान स्थिति” में क्वांटम कंप्यूटिंग प्रगति के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं)।
• रक्षा एवं एयरोस्पेस अनुपयोग, जिसमें विकिरण शील्ड, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक लॉन्च, मैग्नेटिक बियरिंग, सेंसर, रेलगन, कॉइल गन, लेज़र, और अन्य ऊर्जा हथियार शामिल हैं।

यह संभावना है कि उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिविटी तांबे-प्रतिस्थापित लेड एपेटाइट (CSLA) के साथ प्राप्त की जा सकती है, लेकिन यह दावा अभी भी इस क्षेत्र के विशेषज्ञ वैज्ञानिकों द्वारा तीव्रता से बहस का विषय है, कुछ वर्षों बाद।

ग्राफीन सुपरकंडक्टिविटी

जब ग्राफीन एक साधारण लेयर में होता है तो वह अत्यंत कुशल विद्युत चालक होता है, लेकिन जब इसे “ट्विस्टेड बाइलायर” के रूप में आकार दिया जाता है तो यह सुपरकंडक्टिव बन सकता है। यह तब होता है जब दो लेयर थोड़ी सी असंरेखित होती हैं, 1.1° अंतर के साथ, जो ग्राफीन के लिए जादुई कोण माना जाता है।

नवंबर 2024 में, यह गणितीय रूप से प्रदर्शित किया गया कि ऐसी बाइलायर 60°K (-213°C / -351 °F)।

2020 से, एक अन्य पदार्थ को समान विशेषता दिखाने का संदेह है: टंगस्टन-सेलेनियम (WSe₂)।

स्रोत: Max Planck Institute

टंगस्टन सेलेनियम सुपरकंडक्टिविटी

अब तक, सुपरकंडक्टिविटी से संबंधित घटनाएँ कई पदार्थों में पाई गई थीं जो तथाकथित ट्रांज़िशन मेटल डाइकल्कोजेनाइड (TMDs) वर्ग का हिस्सा हैं।

हालांकि, नया शोध स्पष्ट रूप से 5.0° (लेयरों के बीच का कोण, तापमान नहीं) ट्विस्टेड बाइलायर WSe2 में सुपरकंडक्टिविटी की पुष्टि करता है।

यह प्रयोग में (426 मिलिकेल्विन) कम तापमान पर विशेष रूप से मजबूत था, लेकिन यह फिर भी दर्शाता है कि बाइलायर सुपरकंडक्टिविटी ग्राफीन के अलावा अन्य लेयर्ड पदार्थों द्वारा भी की जा सकती है।

ट्विस्टेड बाइलायर WSe2 ने भी कम तापमान पर सुपरकंडक्टिव और मैग्नेटिक चरणों के बीच एक तीव्र सीमा प्रदर्शित की, जो यह समझा सकता है कि यह सुपरकंडक्टिव क्यों है।

ग्राफीन से बेहतर?

यदि TMD पदार्थ सुपरकंडक्टिव हो सकते हैं, तो वे वास्तव में ग्राफीन से श्रेष्ठ हो सकते हैं।

कारण यह है कि TMD पदार्थ कई अन्य वांछनीय गुण भी प्रदर्शित करते हैं जो ग्राफीन में अनुपस्थित हैं, जैसे कि मूल बैंड गैप, बड़ा स्पिन-ऑर्बिट कपलिंग, स्पिन-वैली लॉकिंग, और चुंबकत्व।

इस संदर्भ में, यह एक अन्य प्रकार के उन्नत मेटा-मटेरियल, कागोमे पदार्थ, जो भी सुपरकंडक्टिविटी को चुंबकत्व के साथ प्रदर्शित करते हैं, के समान लगता है, जबकि ये आमतौर पर दो ऐसी घटनाएँ हैं जो एक साथ नहीं होतीं।

समग्र रूप से, ऐसा प्रतीत होता है कि सुपरकंडक्टिविटी का क्षेत्र बहुत तेज़ी से प्रगति कर रहा है और इस क्षेत्र की पूर्व धारणाओं को बदल रहा है कि क्या संभव है और क्या नहीं।

टंगस्टन कंपनी

यदि टंगस्टन बाइलायर सुपरकंडक्टिव साबित होते हैं, तो यह अल्ट्रा-हार्ड धातु के लिए एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त उपयोग केस होगा, जो पहले से ही कई सैन्य अनुप्रयोगों, अर्धचालक उद्योग, और उन्नत निर्माण में उपयोग होती है।

हमने अक्टूबर 2024 की रिपोर्ट “टंगस्टन – गुप्त हाई-टेक धातु” में टंगस्टन के निवेश केस को विस्तार से कवर किया था।

तब से, चीन ने टंगस्टन के निर्यात पर प्रतिबंध की घोषणा की है, एक धातु जिसका 80% उत्पादन चीन द्वारा किया जाता है। इससे बहुत कम कंपनियों को पश्चिमी उद्योगों को आपूर्ति करने की क्षमता बचती है, जो चीनी आपूर्ति श्रृंखला से स्वतंत्र है।

Almonty Industries

Almonty एक टंगस्टन खनिक है जो वर्तमान में मुख्यतः पुर्तगाल में एक खदान से उत्पादन करता है, जो पिछले 125 वर्षों से संचालन में है।

कंपनी पुर्तगाली खदान का विस्तार करने पर काम कर रही है और स्पेन में अविकसित जमा रखती है।

स्रोत: Almonty

कंपनी का सबसे महत्वपूर्ण प्रोजेक्ट साउथ कोरिया के संगडों में नई खदान का चल रहा विकास है। यह खदान अपने सभी अन्य जमा को मिलाकर अधिक अनुमानित संसाधन रखती है।

स्रोत: Almonty

पश्चिमी देशों में सक्रिय और उत्पादन करने वाले टंगस्टन खनिकों में से एक होने के नाते, Almonty रक्षा उद्योग के लिए एक प्रमुख रणनीतिक आपूर्तिकर्ता है। इसलिए यह चीनी आपूर्ति पर निर्भरता को कम करने के लिए एक महत्वपूर्ण कंपनी है।

संगडों खदान का स्थान इसे रक्षा उद्योग के लिए एक आदर्श आपूर्तिकर्ता बनाता है, क्योंकि दक्षिण कोरिया टैंक, तोपखाना, और गोला-बारूद जैसे “लो टेक” सैन्य उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन में एक नया दिग्गज है (कम टंगस्टन-डिमांड वाले फाइटर जेट, एयरक्राफ्ट कैरियर आदि की तुलना में)।

जबकि चीन कज़ाखस्तान में एक विशाल टंगस्टन खदान खोलने की तैयारी कर रहा है, Almonty तैयार है कि “टंगस्टन की सुरक्षा से जुड़ी राजनीति को काफी हद तक बदल दे” जब Almonty कोरिया टंगस्टन प्रोजेक्ट की संगडों खदान कुछ महीनों में चालू हो जाएगी। जब यह उत्पादन शुरू करेगी, तो यह दुनिया की सबसे बड़ी टंगस्टन खदानों में से एक होगी, जो गैर-चीन आपूर्ति का 30% हिस्सा होगी।
Lewis Black, director, president, and CEO of Almonty Industries (ALM )

Almonty को कोरियाई खदान से टंगस्टन का उत्पादन 2025 की शुरुआत से मध्य तक शुरू करना चाहिए।

पश्चिम में मूल रूप से एकमात्र बड़े आपूर्तिकर्ता के रूप में अपनी रणनीतिक स्थिति के कारण, Almonty को Plansee द्वारा एक गारंटीकृत कीमत पेश की गई। Plansee एक उच्च-प्रदर्शन धातु निर्माता है और Almonty के बड़े ग्राहकों में से एक है, साथ ही कंपनी का 15% मालिक भी है।

न्यूनतम गारंटीकृत कीमत $235/MTU (मेट्रिक टन यूनिट) थी, बिना किसी ऊपरी सीमा के। चूँकि संगडों खदान $110/MTU की नकद लागत का लक्ष्य रखती है, यह परियोजना के लिए लगभग उच्च लाभ मार्जिन सुनिश्चित करना चाहिए।

संगडों के आगामी उद्घाटन और ट्रम्प के अमेरिका और चीन के बीच नई व्यापार युद्ध के बीच लगभग परिपूर्ण समयसारिणी के साथ, स्टॉक कीमत ने मजबूत प्रतिक्रिया दी और चीन से टंगस्टन निर्यात प्रतिबंध की घोषणा के दो दिनों में ही 40% बढ़ गई।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) 5.0° ट्विस्टेड बाइलायर WSe2 में सुपरकंडक्टिविटी. Nature 637, 839–845. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1}