एक धातु विशिष्ट गुणों द्वारा परिभाषित एक सामग्री है, जिसमें बिजली अच्छी तरह से संचालित करना शामिल है। प्रत्येक धातु में एक परिमित चालकता होती है – यह एक उपाय है कि यह कितनी अच्छी तरह से संचालित होता है – विशेष परिस्थितियों में। धातु को गर्म या ठंडा होने पर यह बदल जाता है।
उदाहरण के लिए, एक सुखद 20º C पर, जस्ता की विद्युत चालकता लगभग 16.9 मिलियन सीमेंस प्रति मीटर है। लेकिन इसे एक फ्रिगिड -272.3 and C तक ठंडा करें और इसकी चालकता अनंत हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस तापमान पर जिंक एक सुपरकंडक्टर बन जाता है: शून्य प्रतिरोध के साथ एक विद्युत प्रवाह का संचालन करने में सक्षम।
वैज्ञानिकों को कई धातुओं के बारे में पता है, जिनमें कमरे के तापमान पर एक परिमित चालकता होती है और बहुत कम तापमान पर अनंत चालकता होती है। व्यवहार में यह कठोर बदलाव कुछ ऐसा है जो धातुओं के इलेक्ट्रॉनों के लिए होता है। कमरे के तापमान पर, जस्ता परमाणुओं के एक ग्रिड में इलेक्ट्रॉन पूरी सामग्री में स्वतंत्र रूप से चलते हैं, यदि एक वोल्टेज लागू किया जाता है तो बिजली का परिवहन। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन स्वयं अन्य इलेक्ट्रॉनों को रिप्लाई करता है और इसके चारों ओर परमाणुओं के 3 डी ग्रिड द्वारा लगाए गए अन्य बलों द्वारा भी काम किया जाता है, जिसमें ग्रिड में कंपन, सामग्री में अशुद्धियां और नाभिक में प्रोटॉन द्वारा लगाए गए आकर्षक बल शामिल हैं।
जब इस ग्रिड को कम तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो कई बल कमजोर हो जाते हैं। एक महत्वपूर्ण तापमान के तहत, जिंक के मामले में -272.3, C में, इलेक्ट्रॉनों पर शुद्ध बल कमजोर रूप से आकर्षक है। यही है, इलेक्ट्रॉनों को बड़ी दूरी पर एक -दूसरे के लिए हल्के से आकर्षित किया जाता है (यानी छोटी सीमा से परे, जो वे अभी भी एक दूसरे को पीछे छोड़ते हैं)। यह शुद्ध बल इलेक्ट्रॉनों को बिना किसी नज़दीकी के ‘पेयर अप’ का कारण बनता है और साथ में एक तरह से व्यवहार करता है जो व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों को नहीं कर सकता है। इन जोड़े को कूपर जोड़े कहा जाता है। कम तापमान के लिए धन्यवाद, कुछ बिंदु पर इलेक्ट्रॉनों के ये जोड़े एक चरण संक्रमण से गुजरते हैं, जो एक सुपरकंडक्टर नामक जिंक ग्रिड के भीतर एक विदेशी स्थिति का निर्माण करता है। यह यह सुपरकंडक्टर है जिसमें अनंत चालकता है।
लगभग एक सुपरकंडक्टर, अभी तक नहीं
बहुत कम तापमान पर सुपरकंडक्टिंग नहीं होने वाली धातुएं अभी भी बेहतर कंडक्टर बन जाती हैं क्योंकि एक विद्युत प्रवाह के प्रवाह का विरोध करने वाले बल भी कम तापमान पर कमजोर होते हैं। (‘करंट’ यहां केवल एक प्रत्यक्ष वर्तमान को संदर्भित करता है। एक सुपरकंडक्टर में एक वैकल्पिक वर्तमान का प्रवाह विभिन्न प्रकार के प्रभावों को प्राप्त करता है, जिसमें इसके प्रवाह का विरोध भी शामिल है।)
कुछ धातु, या धातु पदार्थ, कुछ अजीब करते हैं। महत्वपूर्ण तापमान के नीचे, उनके इलेक्ट्रॉन शुद्ध आकर्षक बल और जोड़ी का अनुभव करते हैं – लेकिन फिर वे अभी तक एक सुपरकंडक्टर बनाने के लिए संघनित नहीं करते हैं। यही है, सामग्री एक सुपरकंडक्टर नहीं बनती है, लेकिन सिर्फ एक बेहतर कंडक्टर है, और यह कूपर जोड़े के साथ बिजली का संचालन करता है, न कि इलेक्ट्रॉनों के साथ। इस राज्य में, सामग्री को बोस धातु बन गई है।
एक बोस धातु एक प्रकार का विसंगतिपूर्ण धातु राज्य (एएमएस) है। ‘विसंगति’ यह है कि कूपर जोड़े बनते हैं, लेकिन एक सुपरकंडक्टर में संघनित नहीं होते हैं। तकनीकी शब्दों में, वे लंबी दूरी की सुपरकंडक्टिंग सुसंगतता स्थापित करने में विफल रहते हैं। एएमएस का अध्ययन, संघनित पदार्थ भौतिकी नामक एक व्यापक क्षेत्र में, अव्यवस्थित धातुओं को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, जहां परमाणुओं के ग्रिड में एक अनियमित संरचना या अशुद्धियां होती हैं या सामग्री एक तरह से मिश्र धातु होती है जो इसे ‘नियमित’ धातु की तरह व्यवहार करने से रोकती है। इस प्रकार अव्यवस्थित धातुओं में विचलन गुण होते हैं, लेकिन हम उन विभिन्न तरीकों को पूरी तरह से नहीं समझते हैं जिनमें वे विचलन कर सकते हैं। उनका अध्ययन करने से वैज्ञानिकों को विभिन्न प्रकार की क्वांटम प्रक्रियाओं की जांच करने में मदद मिलती है।
उदाहरण के लिए, पारंपरिक सिद्धांत जो अव्यवस्थित धातुओं का वर्णन करते हैं, कहते हैं कि पूर्ण शून्य तापमान पर, धातुओं में या तो शून्य चालकता (एक इन्सुलेटर बनें) या अनंत चालकता (एक सुपरकंडक्टर बनें) होनी चाहिए। एक बोस धातु इस विवरण को चुनौती देती है क्योंकि इसकी चालकता शून्य और अनंत के बीच है क्योंकि तापमान पूर्ण शून्य हो जाता है – या कम से कम यह हो सकता है यदि हमने एक कार्रवाई में देखा।
अब तक, बोस धातुओं को केवल विशिष्ट सामग्रियों में मौजूद होने की भविष्यवाणी की गई है; वैज्ञानिकों ने उन्हें संश्लेषित नहीं किया है या उन्हें पाया है। यह वास्तव में संभव है कि बोस धातुएं बिल्कुल भी मौजूद नहीं हो सकती हैं, लेकिन यह जानने के लिए उपयोगी होगा, कि यह भी, एएमएस के भौतिकविदों के सिद्धांतों के लिए निहितार्थ के लिए भी उपयोगी होगा।
लेकिन 13 फरवरी को, चीन और जापान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने जर्नल में बताया भौतिक समीक्षा पत्र कि उन्हें मजबूत संकेत मिले थे कि नाइओबियम डिसेलेनाइड (एनबीएसई)2) बोस धातु बन सकता है।
खलनायक के रूप में चुंबकीय क्षेत्र
जिंक, एनबीएसई की तरह2 कम तापमान पर एक सुपरकंडक्टर भी बन जाता है लेकिन अतिरिक्त ‘क्षमताओं’ के साथ। यह एक महत्वपूर्ण विवरण के कारण है: चुंबकीय क्षेत्र और एक सामग्री की सुपरकंडक्टिंग स्थिति कभी भी साथ नहीं मिलती है। यदि एक जस्ता नमूना एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और धीरे -धीरे उसके महत्वपूर्ण तापमान के तहत ठंडा किया जाता है, तो जिस क्षण यह एक सुपरकंडक्टर बन जाता है, नमूना उसके शरीर के भीतर से चुंबकीय क्षेत्र को निष्कासित कर देगा।
एनबीएसई2 एक विशेष तापमान और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर एक ही संक्रमण से गुजरता है। लेकिन जब क्षेत्र की ताकत धीरे -धीरे बढ़ जाती है, तो एनबीएसई2 एक ‘मिश्रित स्थिति’ में प्रवेश करता है: यह सुपरकंडक्टिंग बना हुआ है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र को अपने शरीर में छोटे, पृथक जेबों में अपने बल्क के माध्यम से फैलने के बिना भी प्रवेश करने की अनुमति देता है। यदि क्षेत्र को मजबूत करना जारी है, तो एक ऊपरी सीमा से परे सुपरकंडक्टिंग राज्य ढह जाएगा और एनबीएसई2 अपने पूर्व-सुपरकंडक्टिंग राज्य को वापस कर देगा।
सुपरकंडक्टिविटी के माध्यम से इस अधिक-डायनामिक रोड के साथ सामग्री को टाइप- II सुपरकंडक्टर्स कहा जाता है। ऐसी सामग्री जो ऐसी सामग्री में इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करती हैं, क्योंकि यह ठंडा हो जाता है और यदि सामग्री शारीरिक रूप से पतली होती है, तो इसे अधिक स्पष्ट हो जाता है। और बोस धातुओं का एक सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि यदि इस सामग्री का 2 डी संस्करण – यानी एनबीएसई की एक ही परत2 अणु – एक चुंबकीय क्षेत्र को एक निश्चित तरीके से उन्मुख किया जाता है, एक बोस धातु बनाई जाएगी।
शोधकर्ताओं ने इसे जांचने के लिए निर्धारित किया और इस तरह के एएमएस के सभी हॉलमार्क पाया, लेकिन अध्ययन के प्रमुख अन्वेषक और नानजिंग विश्वविद्यालय के प्रोफेसर Xiaoxiang XI ने इसे बोस धातु को कॉल करने से रोक दिया, भौतिक विज्ञान पत्रिका एएमएस की परिभाषा “कुछ अस्पष्ट” है।
विशेष रूप से, टीम ने पतले एनबीएसई को खोजने के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया2 एक सुपरकंडक्टिंग राज्य में प्रवेश किए बिना कूपर जोड़े थे और सामग्री का हॉल प्रतिरोध गायब हो गया क्योंकि टीम ने अपनी मोटाई बढ़ाई। जब नियमित धातु का एक टुकड़ा एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है और एक वर्तमान को इसके माध्यम से पारित किया जाता है, तो टुकड़ा लंबवत दिशा में एक वोल्टेज विकसित करता है। इस वोल्टेज से जुड़े प्रतिरोध को हॉल प्रतिरोध कहा जाता है। एनबीएसई में हॉल प्रतिरोध गायब हो रहा है2 एक संकेत है कि इसके चार्ज-वाहक इलेक्ट्रॉनों के बजाय कूपर जोड़े हैं।
टीम ने अपने पेपर में लिखा, “हमारे परिणाम बताते हैं कि एएमएस को स्थानीय जोड़ी में उतार -चढ़ाव की विशेषता है, जो संघनित करने में विफल रहती है।” “वैश्विक सुपरकंडक्टिविटी को बाधित करने में चरण के उतार -चढ़ाव की भूमिका पर ध्यान केंद्रित करने वाले सिद्धांत देखी गई घटनाओं की मूल्यवान समझ प्रदान कर सकते हैं।”
उन्होंने कहा कि निष्कर्ष “एक गैर-सुपरकंडक्टिंग सामग्री में सुपरकंडक्टिविटी की जेबों के आसपास केंद्रित सिद्धांतों पर सीमाएं और एक ही सामग्री में सुपरकंडक्टिंग और गैर-पर्यवेक्षक चरणों के सह-अस्तित्व में लगाते हैं।
बोस धातुओं के पास आज ठोस आवेदन नहीं हैं, लेकिन वे भौतिकी अनुसंधान के लिए एक समृद्ध खेल का मैदान हैं जो भविष्य के नवाचार को सूचित कर सकते हैं।
प्रकाशित – 04 मार्च, 2025 05:30 AM IST
