भर्खरको ग्राउन्ड-ब्रेकिंग अध्ययनले अन्ततः आर्थिक र व्यावहारिक-गर्न-उपयोग सुपरकन्डक्टरहरू विकास गर्ने दीर्घकालीन सम्भावनाको लागि सामग्री ग्राफिनको अद्वितीय गुणहरू देखाएको छ।
A सुपर कन्डक्टर एक सामग्री हो जसले सञ्चालन गर्न सक्छ (प्रसारण) बिजुली प्रतिरोध बिना। यो प्रतिरोध को केहि हानि को रूप मा परिभाषित गरिएको छ ऊर्जा जुन प्रक्रियाको क्रममा हुन्छ। तसर्थ, कुनै पनि सामाग्री त्यो विशेष मा विद्युत सञ्चालन गर्न सक्षम हुँदा सुपरकन्डक्टिव हुन्छ।तापमान' वा अवस्था, गर्मी, ध्वनि वा ऊर्जाको अन्य कुनै पनि प्रकारको रिलीज बिना। सुपरकन्डक्टरहरू 100 प्रतिशत कुशल छन् तर धेरै सामग्रीहरू अत्यन्त न्यून हुन आवश्यक छ ऊर्जा सुपरकन्डक्टिव बन्नको लागि राज्य, जसको मतलब तिनीहरू धेरै चिसो हुनुपर्छ। धेरैजसो सुपरकन्डक्टरहरूलाई तरल हीलियमले धेरै कम तापक्रम -२७० डिग्री सेल्सियसमा चिसो गर्न आवश्यक छ। यसरी कुनै पनि सुपरकन्डक्टिङ एप्लिकेसन सामान्यतया केही प्रकारको सक्रिय वा निष्क्रिय क्रायोजेनिक/कम तापक्रम शीतलनसँग जोडिएको हुन्छ। यो चिसो प्रक्रिया आफैंमा अत्यधिक मात्रामा ऊर्जा चाहिन्छ र तरल हीलियम धेरै महँगो मात्र होइन तर गैर-नवीकरणीय पनि छ। त्यसकारण, धेरैजसो परम्परागत वा "कम तापक्रम" सुपरकन्डक्टरहरू अकुशल हुन्छन्, तिनीहरूको सीमा हुन्छ, ठूलो मात्रामा प्रयोगको लागि आर्थिक, महँगो र अव्यावहारिक हुन्छन्।
उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरू
सुपरकन्डक्टरको क्षेत्रले 1980 को मध्यमा ठूलो छलांग लगायो जब एक तामाको अक्साइड यौगिक पत्ता लाग्यो जसले -238 डिग्री सेल्सियसमा सुपरकन्डक्ट गर्न सक्छ। यो अझै चिसो छ, तर तरल हीलियम तापमान भन्दा धेरै तातो छ। यो पहिलो "उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टर" (HTC) को रूपमा चिनिन्छ, नोबेल पुरस्कार जित्यो, यद्यपि यो "उच्च" मात्र एक ठूलो सापेक्ष अर्थमा। त्यसकारण, यो वैज्ञानिकहरूलाई भयो कि तिनीहरूले अन्ततः काम गर्ने सुपरकन्डक्टरहरू फेला पार्नमा ध्यान केन्द्रित गर्न सक्छन्, मानौं तरल नाइट्रोजन (-196° C) को साथमा यो प्रशस्त मात्रामा उपलब्ध छ र सस्तो पनि छ। उच्च तापक्रम सुपरकन्डक्टरहरूसँग पनि अनुप्रयोगहरू छन् जहाँ धेरै उच्च चुम्बकीय क्षेत्रहरू आवश्यक हुन्छन्। तिनीहरूको कम-टेम्प समकक्षहरूले लगभग 23 टेस्ला (टेस्ला चुम्बकीय क्षेत्र बलको एकाइ हो) मा काम गर्न बन्द गर्दछ त्यसैले तिनीहरू थप बलियो चुम्बकहरू बनाउन प्रयोग गर्न सकिँदैन। तर उच्च तापक्रमको सुपरकन्डक्टिङ सामग्रीले त्यस क्षेत्रको दोब्बरभन्दा बढी काम गर्न सक्छ, र सम्भवतः अझ बढी हुन्छ। सुपरकन्डक्टरहरूले ठूला चुम्बकीय क्षेत्रहरू उत्पन्न गर्ने हुनाले तिनीहरू स्क्यानर र लिभिटेटिंग ट्रेनहरूमा एक आवश्यक घटक हुन्। उदाहरणका लागि, एमआरआई टुडे (चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ) एउटा प्रविधि हो जसले शरीरमा रहेका सामग्री, रोग र जटिल अणुहरू हेर्न र अध्ययन गर्न यो गुण प्रयोग गर्छ। अन्य एप्लिकेसनहरूमा ऊर्जा-कुशल पावर लाइनहरू (उदाहरणका लागि, सुपरकन्डक्टिङ केबलहरूले उही साइजको कूपर तारहरू भन्दा १० गुणा बढी बिजुली प्रदान गर्न सक्छ), पवन पावर जनरेटरहरू र सुपर कम्प्युटरहरू राखेर बिजुलीको ग्रिड स्केल भण्डारण समावेश गर्दछ। भण्डारण गर्न सक्षम उपकरणहरू। लाखौं वर्षको ऊर्जा सुपरकन्डक्टरहरूबाट सिर्जना गर्न सकिन्छ।
हालको उच्च तापमान सुपरकन्डक्टरहरूको आफ्नै सीमितता र चुनौतीहरू छन्। शीतलन यन्त्र चाहिने भएकाले धेरै महँगो हुनुका साथै, यी सुपरकन्डक्टरहरू भंगुर सामग्रीबाट बनेका हुन्छन् र आकार दिन सजिलो हुँदैनन् र यसरी विद्युतीय तारहरू बनाउन प्रयोग गर्न सकिँदैन। सामग्री पनि निश्चित वातावरणमा रासायनिक रूपमा अस्थिर हुन सक्छ र वायुमण्डल र पानीबाट अशुद्धताहरूको लागि अत्यन्तै संवेदनशील हुन सक्छ र यसैले यसलाई सामान्यतया घेर्नु पर्छ। त्यसपछि त्यहाँ केवल एक अधिकतम प्रवाह छ जुन सुपरकन्डक्टिंग सामग्रीहरूले बोक्न सक्छ र एक महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्व भन्दा माथि, सुपरकन्डक्टिभिटीले वर्तमानलाई सीमित पार्छ। ठूला लागत र अव्यावहारिकताहरूले विशेष गरी विकासोन्मुख देशहरूमा असल सुपरकन्डक्टरहरूको प्रयोगमा बाधा पुऱ्याइरहेको छ। इन्जिनियरहरू, तिनीहरूको कल्पनामा, साँच्चै एक नरम, निन्दनीय, फेरोम्याग्नेटिक सुपरकन्डक्टर चाहन्छन् जुन अशुद्धता वा लागू वर्तमान र चुम्बकीय क्षेत्रहरूको लागि अभेद्य छ। माग्न धेरै धेरै!
ग्राफिन यो हुन सक्छ!
सफल सुपरकन्डक्टरको केन्द्रीय मापदण्ड भनेको उच्च तापक्रम पत्ता लगाउनु हो superconductor, आदर्श परिदृश्य कोठाको तापक्रम हो। यद्यपि, नयाँ सामग्रीहरू अझै सीमित छन् र बनाउन धेरै चुनौतीपूर्ण छन्। यी उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूले अपनाउने सही विधि र कसरी वैज्ञानिकहरूले व्यावहारिक रूपमा नयाँ डिजाइनमा पुग्न सक्छन् भन्ने बारे यस क्षेत्रमा अझै पनि निरन्तर सिक्न बाँकी छ। उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूमा चुनौतीपूर्ण पक्षहरू मध्ये एक यो हो कि सामग्रीमा इलेक्ट्रोनहरूलाई जोड्नको लागि वास्तवमा कुन कुराले मद्दत गर्छ भनेर धेरै नराम्ररी बुझिएको छ। भर्खरै गरिएको एक अध्ययनमा यो पहिलो पटक सामग्री देखाइएको छ graphene भित्री सुपरकन्डक्टिङ गुणस्तर छ र हामी साँच्चै सामग्रीको आफ्नै प्राकृतिक अवस्थामा ग्राफिन सुपरकन्डक्टर बनाउन सक्छौं। ग्राफिन, एक विशुद्ध कार्बन-आधारित सामग्री, 2004 मा मात्र पत्ता लगाइएको थियो र सबैभन्दा पातलो पदार्थ हो। यो पनि हल्का र लचिलो छ प्रत्येक पानामा कार्बन परमाणुहरू हेक्सागोनली व्यवस्थित गरिएको छ। यो स्टील भन्दा बलियो देखिन्छ र यसले तामाको तुलनामा धेरै राम्रो विद्युतीय चालकता व्यक्त गर्दछ। यसैले, यो यी सबै आशाजनक गुणहरूको साथ एक बहुआयामी सामग्री हो।
म्यासाचुसेट्स इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी र हार्वर्ड विश्वविद्यालय, संयुक्त राज्य अमेरिकाका भौतिकशास्त्रीहरू, जसको काम दुई पेपरमा प्रकाशित छ1,2 in प्रकृति, तिनीहरूले रिपोर्ट गरेका छन् कि तिनीहरूले सामग्री ग्राफिनलाई दुई चरम विद्युतीय व्यवहार देखाउनको लागि ट्युन गर्न सक्षम छन् - एक इन्सुलेटरको रूपमा जसमा यसले कुनै पनि विद्युत प्रवाहलाई पास गर्न अनुमति दिँदैन र एक सुपरकन्डक्टरको रूपमा जसमा कुनै प्रतिरोध बिना करेन्ट पास गर्न अनुमति दिन्छ। 1.1 डिग्रीको "जादुई कोण" मा थोरै घुमाएर सँगै स्ट्याक गरी दुई ग्रेफिन पानाहरूको "सुपरलेटिस" सिर्जना गरियो। यो विशेष ओभरलेइङ हेक्सागोनल हनीकोम्ब ढाँचा व्यवस्था गरिएको थियो ताकि सम्भावित रूपमा ग्राफिन पानाहरूमा इलेक्ट्रोनहरू बीच "बलियो सहसंबद्ध अन्तरक्रिया" लाई प्रेरित गर्न। र यो भयो किनभने ग्राफिनले यस "जादुई कोण" मा शून्य प्रतिरोधको साथ बिजुली सञ्चालन गर्न सक्छ जबकि अन्य कुनै पनि स्ट्याक्ड व्यवस्थाले ग्राफिनलाई फरक राख्छ र छिमेकी तहहरूसँग कुनै अन्तरक्रिया थिएन। तिनीहरूले ग्राफिनलाई आफैंमा सुपर कन्डक्ट गर्नको लागि आन्तरिक गुण अपनाउने तरिका देखाए। यो किन अत्यधिक सान्दर्भिक छ किनभने, उही समूहले पहिले ग्राफिन सुपरकन्डक्टरहरूलाई अन्य सुपरकन्डक्टिङ धातुहरूसँग सम्पर्कमा राखेर संश्लेषित गरेको थियो जसले यसलाई केही सुपरकन्डक्टिङ व्यवहारहरू इनहेरिट गर्न अनुमति दिन्छ तर ग्राफिन एक्लै हासिल गर्न सकेन। यो एउटा ग्राउन्ड ब्रेकिङ रिपोर्ट हो किनभने ग्राफिनको प्रवाहकीय क्षमताहरू केही समयको लागि थाहा भएको थियो तर यो पहिलो पटक हो कि ग्राफिनको सुपरकन्डक्टिभिटीलाई परिवर्तन नगरी वा अन्य सामग्रीहरू थप नगरी प्राप्त गरिएको हो। यसरी, ग्राफिनलाई ट्रान्जिस्टर जस्तो बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ। सुपरकन्डक्टिङ सर्किटमा रहेको यन्त्र र ग्राफिनले व्यक्त गरेको सुपरकन्डक्टिभिटीलाई नयाँ प्रकार्यका साथ आणविक इलेक्ट्रोनिक्स उपकरणहरूमा समाहित गर्न सकिन्छ।
यसले हामीलाई उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूमा सबै कुराकानीमा फर्काउँछ र यद्यपि यो प्रणालीलाई अझै 1.7 डिग्री सेल्सियसमा चिसो गर्न आवश्यक छ, ठूला परियोजनाहरूका लागि ग्राफिन उत्पादन र प्रयोग गरेर यसको अपरंपरागत सुपरकन्डक्टिविटीको अनुसन्धान गरेर अहिले प्राप्त गर्न सकिन्छ। परम्परागत सुपरकन्डक्टरहरूको विपरीत ग्राफिनको गतिविधिलाई सुपरकन्डक्टिविटीको मुख्यधारा सिद्धान्तद्वारा व्याख्या गर्न सकिँदैन। यस्तो अपरंपरागत गतिविधि कपरेट नामक जटिल तामाको अक्साइडमा देखिएको छ, जुन १३३ डिग्री सेल्सियससम्म बिजुली चलाउन जानिन्छ, र धेरै दशकदेखि अनुसन्धानको केन्द्रबिन्दु बनेको छ। यद्यपि, यी कपरेटहरू भन्दा फरक, स्ट्याक्ड ग्राफिन प्रणाली एकदम सरल छ र सामग्री पनि राम्रोसँग बुझिन्छ। अहिले मात्र ग्राफिन एक शुद्ध सुपरकन्डक्टरको रूपमा पत्ता लागेको छ, तर सामग्री आफैंमा धेरै उत्कृष्ट क्षमताहरू छन् जुन पहिले थाहा थियो। यस कार्यले ग्राफिनको बलियो भूमिका र उच्च-तापमान सुपरकन्डक्टरहरूको विकासको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दछ जुन वातावरण-मैत्री र अधिक छन्। ऊर्जा कुशल र सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण रूपमा कोठाको तापक्रममा कार्य महँगो चिसोको आवश्यकतालाई हटाउँदै। यसले ऊर्जा प्रसारण, अनुसन्धान चुम्बकहरू, चिकित्सा उपकरणहरू विशेष गरी स्क्यानरहरूमा क्रान्तिकारी परिवर्तन गर्न सक्छ र वास्तवमा हाम्रो घर र कार्यालयहरूमा कसरी ऊर्जा प्रसारित हुन्छ भन्ने कुरालाई सुधार गर्न सक्छ।
***
{तपाइँले उद्धृत स्रोत(हरू) को सूचीमा दिइएको DOI लिङ्कमा क्लिक गरेर मूल अनुसन्धान पत्र पढ्न सक्नुहुन्छ}
स्रोत (हरू)
1. युआन सी एट अल। 2018. जादुई-एंगल ग्राफिन सुपरल्याटिसहरूमा आधा-भरिमा सहसंबद्ध इन्सुलेटर व्यवहार। प्रकृति। https://doi.org/10.1038/nature26154
2. युआन सी एट अल। 2018। जादुई-एंगल ग्राफिन सुपरल्याटिसहरूमा अपरंपरागत सुपरकन्डक्टिविटी। प्रकृति। https://doi.org/10.1038/nature26160
