अल्ट्रा-पतली सामग्री ग्राफीन का प्रतिनिधित्व करने वाला एक चित्रण
विज्ञान फोटो लाइब्रेरी/अलमी
कार्बन की ठंडी पतली चादरें बिजली की धाराओं के लिए कोई प्रतिरोध क्यों नहीं करती हैं? दो प्रयोग हमें एक उत्तर के करीब ला रहे हैं-और शायद व्यावहारिक कमरे-तापमान सुपरकंडक्टर्स के लिए भी।
मैसाचुसेट्स के नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी में किन चुंग फोंग को तब स्तब्ध कर दिया गया था जब हार्वर्ड विश्वविद्यालय में एक अन्य भौतिक विज्ञानी अभिषेक बनर्जी ने उन्हें रात के खाने में एक नंबर बताया था। वे ग्राफीन के विभिन्न पहलुओं का अध्ययन कर रहे थे – कार्बन की चादरें केवल एक परमाणु मोटी थीं – लेकिन दोनों ने एक ही अनुमान लगाया कि ग्राफीन के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह के लिए यह कितना कठिन होना चाहिए कि अचानक बदलें।
पिछले प्रयोगों से पता चला है कि ग्राफीन की दो या तीन परतों के बहुत ठंडे ढेर सुपरकंडक्ट कर सकते हैं, या पूरी तरह से प्रतिरोध और ऊर्जा हानि के बिना बिजली का संचालन कर सकते हैं, अगर कुछ चादरों को एक विशेष कोण द्वारा घुमाया जाता है। लेकिन ऐसा क्यों होता है यह रहस्यमय रहा। दो भौतिकविदों ने सोचा कि रात के खाने में उनके द्वारा अनुमानित संपत्ति, काइनेटिक इंडक्शन कहा जाता है, उत्तर को रोशन कर सकता है।
“जब आप लकड़ी की लंबी पैदल यात्रा में होते हैं तो भावना की तरह था [through] जंगल, और अचानक आप पाते हैं, ठीक है, एक मिनट प्रतीक्षा करें, मैं इस गहरे जंगल में अकेला व्यक्ति नहीं हूं, ”फोंग कहते हैं।
अन्य सहयोगियों के साथ, उन्होंने अपने विचार को दो प्रयोगों में बदल दिया। एक समूह ने स्टैक्ड-एंड-ट्विस्टेड ग्राफीन की दो परतों के लिए काइनेटिक इंडक्शन को मापा; एक दूसरा समूह तीन परतों पर केंद्रित था।
मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में जोएल वांग, जो दो-प्लाई ग्राफीन पर काम करने वाले समूह में थे, का कहना है कि काइनेटिक इंडक्शन को मापने से पहले निषेधात्मक रूप से मुश्किल थी। क्योंकि मल्टीलेयर ग्राफीन को केवल बहुत छोटे टुकड़ों में उत्पादित किया जा सकता है, इसकी सुपरकंडक्टिंग धाराओं को मापने के लिए मानक तकनीक – जैसे कि इसे कणों या चुंबकीय क्षेत्रों में उजागर करना – अत्यधिक कमजोर संकेतों का उत्पादन किया। इसके बजाय, दोनों टीमों को एक सेटअप को नवाचार करना था, जहां छोटे ग्राफीन के गुच्छे को माइक्रोवेव के संपर्क में लाया गया था, जबकि शोधकर्ता धीरे -धीरे तापमान जैसे विभिन्न गुणों को अलग -अलग करते थे, जिन्हें ऑल में होने के लिए सुपरकंडक्टिविटी के लिए बहुत कम रखा जाना चाहिए।
हम जानते हैं कि मल्टीलेयर ग्राफीन सुपरकंडक्ट्स क्योंकि इसके अंदर के इलेक्ट्रॉनों को जोड़ा जाता है, और ये जोड़े व्यक्तिगत कणों की तुलना में अधिक आसानी से धाराओं में बहते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉन आमतौर पर एक दूसरे को पीछे छोड़ते हैं। वास्तव में कण कैसे एक साथ आते हैं और इन जोड़े को किन गुणों को अभी भी समझ में नहीं आया है।
“सिद्धांत है [running] यहां प्रयोगों के पीछे, ”टोक्यो विश्वविद्यालय में मिउको तनाका कहते हैं, जो दो-प्लाई समूह में भी थे।
ग्राफीन की दो परतों के लिए, उसकी टीम ने पाया कि सुपरकंडक्टिंग करंट बहुत “स्टिफ़र” है – यह अधिक परिवर्तन का विरोध करता है – सुपरकंडक्टिविटी के किसी भी पारंपरिक सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में। उन्होंने इस विसंगति को क्वांटम ज्यामिति नामक किसी चीज़ में वापस खोजा। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉनों की तरंगों का आकार, जो उनके सभी गुणों और संभावित व्यवहारों को एन्कोड करता है, इस विदेशी प्रकार की सुपरकंडक्टिविटी को चलाने के लिए लग रहा था।
ट्रिलियर ग्राफीन में, शोधकर्ताओं ने अपने नमूने के काइनेटिक इंडक्शन और पूरी तरह से अलग -अलग सुपरकंडक्टर्स के परिवार के व्यवहार के बीच आश्चर्यजनक समानताएं पाईं – जो बहुत अधिक तापमान पर अपने विशेष गुणों को बनाए रखते हैं।
इस वजह से, बनर्जी और तनाका दोनों का कहना है कि ये प्रयोग ग्राफीन सुपरकंडक्ट्स पर प्रकाश डालने से अधिक कर सकते हैं-वे कमरे-तापमान सुपरकंडक्टर्स के लिए आवश्यक प्रमुख गुणों को भी प्रकट कर सकते हैं। भौतिक विज्ञानी दशकों से इस तरह की सामग्रियों की खोज कर रहे हैं कि उनका उपयोग कई उपकरणों की ऊर्जा खपत को मौलिक रूप से कम कर सकता है।
“हम दिलचस्प कानून पा रहे हैं जो इन दोनों सामग्री प्रणालियों में उभरने लगते हैं। शायद हम जो उजागर कर रहे हैं वह कुछ गहरा है, ”बनर्जी कहते हैं। दोनों टीमें अन्य बहुत पतले सुपरकंडक्टर्स के साथ समान प्रयोग करने की योजना बना रही हैं।
हार्वर्ड यूनिवर्सिटी में, ज़ेयू हाओ कहते हैं, “हाल ही में, कई नए दो-आयामी सुपरकंडक्टर्स हैं जो दिलचस्प, आश्चर्यजनक और असामान्य हैं,” हार्वर्ड विश्वविद्यालय में भी, जो टीम में तीन-परत ग्राफीन पर शोध कर रहे थे। उदाहरण के लिए, इस महीने की शुरुआत में एक अलग टीम ने शोध को प्रकाशित किया जिसमें दिखाया गया था कि टंगस्टन डिसेलेनाइड नामक सामग्री के दो-स्तरित क्रिस्टल सुपरकंडक्टिविटी का प्रदर्शन करते हैं जब परतें एक दूसरे के सापेक्ष मुड़ जाती हैं।
इस बीच, हाओ के सहयोगी मैरी क्रेडेल, अब कैलिफोर्निया में नासा जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में, पहले से ही स्टैक्ड-एंड-ट्विस्टेड ग्राफीन के लिए एक आवेदन है। वह अंतरिक्ष मिशनों के लिए कण डिटेक्टरों पर काम कर रही है, जिनमें से कई सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करते हैं। वे कहती हैं कि अंतरिक्ष उड़ान में उन्हें छोटा और हल्का बनाया जा सकता है – यदि वे बहुपरत ग्राफीन से बने होते हैं, तो वह कहती हैं।
