एक सदी से भी अधिक समय से, भौतिक विज्ञानी एक ऐसी सामग्री की तलाश में हैं शून्य प्रतिरोध के साथ विद्युत का संचालन करता है कमरे के तापमान पर – दुनिया के ऊर्जा उत्पादन और उपयोग के तरीके को बदलने के लिए पर्याप्त व्यावहारिक। लेकिन लंबे समय तक, उच्चतम तापमान जिस पर कोई सामग्री कमरे के दबाव में अतिचालक बन गई वह -140 डिग्री सेल्सियस था। कुछ अन्य सामग्रियां कमरे के तापमान के करीब ही अतिचालक बन जाती हैं, लेकिन केवल असाधारण दबाव में.
में प्रकाशित एक अध्ययन में राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही 9 मार्च को, वैज्ञानिकों ने तापमान 18 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ने की सूचना दी है, और केवल कमरे के दबाव में। इसे प्राप्त करने के लिए उन्होंने दबाव शमन नामक एक नई तकनीक का उपयोग किया।
परिणाम ने एक रिकॉर्ड तोड़ दिया है जो 1993 से बना हुआ था, जब टीम ने उसी सामग्री का उपयोग किया था – एचजी 1223 नामक कॉपर ऑक्साइड – ने पहली बार -140 डिग्री सेल्सियस पर सुपरकंडक्टिविटी का प्रदर्शन किया था, जो अपने आप में एक मील का पत्थर था जिसने दशकों के शोध को लॉन्च किया था।
‘उचित लगता है’
सुपरकंडक्टर जो कमरे के तापमान और सामान्य दबाव पर काम करते हैं, एक दिन बिना किसी प्रतिरोध के ऊर्जा खोए पावर ग्रिड के माध्यम से बिजली ले जा सकते हैं – एक समस्या जो वर्तमान में हर साल अरबों डॉलर की बिजली बर्बाद करती है। वे तेज़ एमआरआई मशीनें, अधिक कुशल इलेक्ट्रिक मोटर, बेहतर परिवहन प्रणाली और सस्ता नवीकरणीय ऊर्जा बुनियादी ढांचा भी सक्षम कर सकते हैं।
टीम का नेतृत्व ह्यूस्टन विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी लियांगज़ी डेंग और चिंग-वू चू ने किया था।
एरिज़ोना विश्वविद्यालय में भौतिकी, रसायन विज्ञान और ऑप्टिकल विज्ञान के प्रोफेसर सुमित मजूमदार ने लिखा, “यह दावा मुझे उचित लगता है।” द हिंदू एक ईमेल में.
“लेखक उच्च दबाव संरचनाओं का सावधानीपूर्वक अध्ययन करते हैं, और जब उन्हें पहले क्रम के संक्रमण (जिसमें गुप्त गर्मी शामिल होती है) मिलते हैं, तो वे वही करते हैं जिसे वे दबाव-शमन कहते हैं ताकि दबाव हटाए जाने पर भी परिवर्तित उच्च दबाव संरचना बनी रहे,” उन्होंने कहा।
तीव्र दबाव
1993 से, परिवेशीय दबाव अतिचालकता का रिकॉर्ड -140 डिग्री सेल्सियस पर अटका हुआ है। जबकि सुपरकंडक्टिविटी बेहद कम तापमान पर हासिल करना आसान है, इसे कमरे के तापमान पर लाना भौतिकी का “पवित्र कब्र” है। शोधकर्ताओं ने हाल के वर्षों में -13 डिग्री सेल्सियस तक बहुत अधिक तापमान हासिल किया है, लेकिन केवल पृथ्वी के कोर के बराबर दबाव लागू करके।
ये उच्च दबाव वाले राज्य भी दबाव जारी होते ही गायब हो गए हैं, जिससे वे दोषरहित पावर ग्रिड या हाई-स्पीड ट्रेनों जैसी व्यावहारिक प्रौद्योगिकियों के लिए बेकार हो गए हैं।
समस्या यह नहीं थी कि वैज्ञानिकों के पास सामग्री की कमी थी। अत्यधिक दबाव में, Hg1223 स्वयं -109 डिग्री सेल्सियस पर अतिचालक होता है। हाइड्रोजन से समृद्ध कुछ यौगिकों ने कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टर्स बनने के संकेत भी दिखाए हैं। लेकिन उन सभी को तीव्र दबाव की भी आवश्यकता होती है।
प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य डेटा
ह्यूस्टन टीम की अंतर्दृष्टि नई सामग्रियों की तलाश बंद करने और Hg1223 में ज्ञात उच्च दबाव की स्थिति को संरक्षित करने पर ध्यान केंद्रित करने की थी।
इसके लिए, वैज्ञानिकों ने प्रेशर-क्वेंच प्रोटोकॉल (पीक्यूपी) विकसित किया – एक तीन चरण की प्रक्रिया जिसे पर्याप्त तेजी से और कम तापमान पर दबाव हटाकर उच्च दबाव वाली सुपरकंडक्टिंग स्थिति को स्थिर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
उन्होंने Hg1223 के एक छोटे क्रिस्टल को डायमंड एनविल सेल में लोड किया और इसे 30 बिलियन पास्कल (GPa) तक संपीड़ित किया, जिससे इसके सुपरकंडक्टिंग गुणों पर नज़र रखते हुए इसका सुपरकंडक्टिंग तापमान -123 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो गया। फिर उन्होंने नमूने को -269 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा कर दिया, जो पूर्ण शून्य से थोड़ा ऊपर है)।
अंततः, उन्होंने तेजी से दबाव कम किया। क्योंकि सामग्री इतनी ठंडी थी, परमाणुओं में अपनी सामान्य संरचना में वापस आराम करने के लिए ऊर्जा की कमी थी, जिससे सामग्री के वांछनीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों को सामान्य वायुमंडलीय दबाव में प्रभावी ढंग से फँसाया गया।
विभिन्न दबावों और शमन स्थितियों के साथ पांच परीक्षणों में, टीम ने लगातार -122 डिग्री सेल्सियस और -134 डिग्री सेल्सियस के बीच संक्रमण तापमान बनाए रखा। उन्होंने -269 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 19 जीपीए से शमन करके उच्च -122 डिग्री सेल्सियस हासिल किया। वे इसे पुन: प्रस्तुत भी कर सकते हैं, यह एक संकेत है कि डेटा में किसी कलाकृति के बजाय यह संभवतः वास्तविक है।
122 डिग्री सेल्सियस की रीडिंग उसी सामग्री द्वारा उसकी शिथिल अवस्था में रखे गए पिछले रिकॉर्ड से 18 डिग्री सेल्सियस अधिक है।
वैज्ञानिकों ने यह पता लगाने के लिए यूएस आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी में सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे विवर्तन का भी उपयोग किया कि सामग्री ने शमन के बाद अपनी मूल क्रिस्टल संरचना को बरकरार रखा, लेकिन संरचना में नए दोष और अतिरिक्त आंतरिक तनाव थे। इन दोषों ने क्रिस्टल को ऐसी स्थिति में बंद करने में मदद की जहां दबाव हटाए जाने के बाद भी यह दबाव के प्रभावों की नकल करता था।
टीम ने पुष्टि की कि सामग्री का लगभग 78% आयतन अतिचालक हो गया है, इसलिए यह सतह या फिलामेंटरी प्रभाव नहीं था। यदि अतिचालकता फिलामेंटरी है, तो इसका मतलब है कि बिजली केवल सामग्री के भीतर सूक्ष्म चैनलों, जिन्हें फिलामेंट कहा जाता है, के माध्यम से यात्रा कर रही है। ये फिलामेंट्स टूटने और सामान्य स्थिति में लौटने से पहले केवल बहुत कम मात्रा में विद्युत प्रवाह ले सकते हैं।
यदि थोक सुपरकंडक्टिंग है, जैसा कि शोधकर्ताओं ने बताया है, तो सामग्री से विश्वसनीय रूप से बड़ी धाराओं को ले जाने की उम्मीद की जा सकती है, जो कि हाई-स्पीड ट्रेनों में बिजली परिवहन के लिए आवश्यक है।
तरल नाइट्रोजन में संग्रहित करने पर शमन अवस्था कम से कम तीन दिनों तक स्थिर रहती थी। -73 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म होने से प्रभाव कम हो गया जबकि कमरे के तापमान (23 डिग्री सेल्सियस) ने इसे आंशिक रूप से उलट दिया। एक प्रयोग ने -101 डिग्री सेल्सियस पर अतिचालकता का संकेत भी उत्पन्न किया लेकिन टीम इसे पुन: पेश करने में सक्षम नहीं थी।
‘भौतिकी का वुडस्टॉक’
अध्ययन के प्रमुख अन्वेषक, चिंग-वू चू, उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के अग्रणी हैं। 1987 में, प्रोफेसर चू और उनकी टीम ने एक ऐतिहासिक खोज की जब उन्होंने येट्रियम बेरियम कॉपर ऑक्साइड (YBCO) नामक एक सामग्री को संश्लेषित किया जो -180 डिग्री सेल्सियस पर एक सुपरकंडक्टर बन गया।
उस समय तक, वैज्ञानिकों के पास केवल ऐसी सामग्रियां थीं जो -269 डिग्री सेल्सियस से नीचे अतिचालक हो जाती थीं, जिसका मतलब था कि उन्हें महंगे तरल हीलियम का उपयोग करके ठंडा किया जाना था। हालाँकि, -180 डिग्री सेल्सियस तरल नाइट्रोजन के क्वथनांक (-196 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर था, जिसका मतलब था कि वैज्ञानिक इस बहुत सस्ते शीतलक का उपयोग करके वाईबीसीओ को ठंडा कर सकते हैं, जिससे अधिक शोध और संभावित अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त होगा।
उसी वर्ष, अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी ने उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी पर एक विशेष सत्र आयोजित किया जो आधी रात तक चला और हजारों उपस्थित लोगों को आकर्षित किया – एक ऐसा कार्यक्रम जिसे तब से कहा जाता है ‘भौतिकी का वुडस्टॉक‘. प्रो. चू वहां के केंद्रीय शख्सियतों में से एक थे और उन्होंने खचाखच भरे दर्शकों के सामने अपनी टीम के नतीजे पेश किए। सत्र में उस क्षेत्र के उत्साह को दर्शाया गया, जो उस क्षण, प्रौद्योगिकी को बदलने के कगार पर था।
उनके काम ने उन्हें कई सम्मान दिलाए, जिनमें 1994 में नेशनल मेडल ऑफ साइंस भी शामिल है।
अब, 33 साल पुराने रिकॉर्ड को तोड़ने से परे, नए अध्ययन के लेखकों के अनुसार, उनका काम वैज्ञानिकों के लिए दबाव में उत्पन्न होने वाली अन्य सामग्रियों में विदेशी इलेक्ट्रॉनिक गुणों को ‘स्थिर’ करने और उन्हें सामान्य परिस्थितियों में उपलब्ध कराने का द्वार भी खोल सकता है।
प्रोफेसर मजूमदार के अनुसार, “यदि यह विधि अन्य मामलों में काम करती है, तो कमरे के दबाव वाले सुपरकंडक्टर के लिए इसमें बहुत अच्छी संभावनाएं हैं। कमरे के तापमान के लिए अभी तक नहीं।” “तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए उत्तरार्द्ध आवश्यक नहीं है। इसलिए पूरा मुद्दा लेखक के दबाव-शमन के इर्द-गिर्द घूमता है [and] क्या दबाव में होने वाले संरचनात्मक परिवर्तन वास्तव में शमन के बाद भी बरकरार रखे जा सकते हैं।”
उन्होंने कहा कि हालांकि यह मुद्दा उनकी विशेषज्ञता से परे है, लेकिन यह असंभव नहीं है।
“इस परिणाम को सुपरकंडक्टिविटी समुदाय में व्यापक रूप से नोट किया जाएगा, और मुझे उम्मीद है कि कई प्रयोगवादी समूह अन्य उम्मीदवार सामग्रियों के लिए समान पद्धति लागू करेंगे,” ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी, न्यूयॉर्क के भौतिक विज्ञानी इवान बोज़ोविक, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, लेकिन जर्नल के लिए इसकी समीक्षा की, ने बताया भौतिक विज्ञान.
पेपर के लेखकों ने स्वयं लिखा है: “हम… मानते हैं कि यहां बताए गए परिवेशीय दबाव के रिकॉर्ड-तोड़ परिणाम केवल एक बेहद उपयोगी वैज्ञानिक यात्रा की शुरुआत का प्रतिनिधित्व करते हैं।”
हालिया विवाद
उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी अनुसंधान पिछले एक दशक से काफी समय से विवादों में घिरा हुआ है और क्षेत्र में नए दावों का मूल्यांकन करते समय यह समझ महत्वपूर्ण हो गई है। इन प्रकरणों ने अनुसंधान समुदाय को नए अध्ययनों के दावों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील बना दिया है, विशेष रूप से क्या किसी दिए गए सामग्री का प्रतिरोध वास्तव में शून्य तक गिर सकता है – सुपरकंडक्टिविटी की पहचान – और यदि डेटा दिखा रहा है तो ऐसा इसलिए है क्योंकि उपकरण वास्तव में नमूना माप रहे हैं।
सबसे प्रमुख मामला शामिल है रोचेस्टर विश्वविद्यालय में रंगा डायस अमेरिका में डायस ने 2020 में कार्बोनेसियस सल्फर हाइड्राइड्स और 2023 में नाइट्रोजन-डॉप्ड ल्यूटेटियम हाइड्राइड्स में कमरे के तापमान की सुपरकंडक्टिविटी का दावा करने वाले पेपर प्रकाशित किए। उन्होंने और उनकी टीम ने प्रकाशित दोनों पेपर वापस ले लिए। प्रकृतिइन आरोपों के बाद कि अतिचालकता के संकेत दिखाने के लिए चुंबकीय संवेदनशीलता माप में हेरफेर किया गया था। कई स्वतंत्र प्रयोगशालाएँ भी निष्कर्षों को पुन: प्रस्तुत करने में विफल रहीं। डायस ने वापसी का विरोध किया और यह विवाद पहले से ही भौतिकी में सबसे कटु डेटा-अखंडता विवादों में से एक बन गया है।
2023 में, दक्षिण कोरिया के शोधकर्ताओं के एक समूह ने कहा कि उन्होंने एलके-99 नामक सीसा-आधारित सामग्री बनाई है जो कमरे के दबाव और कमरे के तापमान पर एक सुपरकंडक्टर है। नतीजा गहन जनहित उत्पन्न किया लेकिन जल्द ही, अन्य वैज्ञानिकों ने प्रयोग को दोबारा बनाया अतिचालकता के लक्षण नहीं मिल सके एलके-99 में. बाद के अध्ययनों से पता चला कि दक्षिण कोरियाई टीम द्वारा किए गए कुछ माप एलके-99 में अप्रत्याशित लौहचुंबकीय व्यवहार के कारण ‘प्रदूषित’ थे। इस प्रकरण ने सुपरकंडक्टिविटी समाचार के प्रति जनता की भूख को और ख़त्म कर दिया।
‘दशकों पुरानी प्रतिष्ठा’
डायस का काम और ह्यूस्टन विश्वविद्यालय का नया अध्ययन दोनों ही हीरे की निहाई कोशिकाओं का उपयोग करते हैं। हालाँकि, डायस के काम की सामग्रियों के विपरीत, Hg1223 अच्छी तरह से समझा जाता है और इसका रिकॉर्ड 1980 के दशक का है। विशेषज्ञों ने कहा कि टीम ने सामग्री की एक अनूठी स्थिति पर भी ध्यान केंद्रित किया – जो कि तीव्र दबाव के तहत उत्पन्न होती है – एक नए चरण का दावा करने के बजाय।
अध्ययन ने सीधे डायस प्रकरण की प्राथमिक आलोचना को भी संबोधित किया: क्या सुपरकंडक्टिविटी एक थोक संपत्ति है या फिलामेंटरी है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, टीम ने पाया कि लगभग 78% सामग्री अतिचालक थी। डायस और अन्य ने ये परीक्षण नहीं किए।
प्रोफेसर मजूमदार ने कहा, “संदिग्ध दावे… उन लोगों की ओर से आए हैं जो नवीनता के अपने दावों से पहले व्यावहारिक रूप से अज्ञात थे।” “इस मामले में प्रमुख लेखक चू नोबेल पुरस्कार जीतने के करीब पहुंच गए थे [and] यूएस नेशनल मेडल ऑफ साइंस के प्राप्तकर्ता हैं। उनके वर्तमान पेपर का संदर्भ। 22 1968 में वापस चला जाता है।
“वह कपटपूर्ण सामग्री लिखकर अपनी दशकों पुरानी प्रतिष्ठा को जोखिम में नहीं डालने जा रहा है।”
mukunth.v@thehindu.co.in