কয়েক দশক ধরে, ক্রিস্টালের একটি পরিবার পদার্থবিদদের স্তম্ভিত করেছে তার সুপারকন্ডাক্টের বিস্ময়কর ক্ষমতা দিয়ে — অর্থাৎ, কোনো প্রতিরোধ ছাড়াই বৈদ্যুতিক প্রবাহ বহন করে — অন্যান্য পদার্থের তুলনায় অনেক বেশি উষ্ণ তাপমাত্রায়।
এখন, তৈরীর একটি পরীক্ষা আছে সরাসরি ভিজ্যুয়ালাইজড সুপারকন্ডাক্টিভিটি এই স্ফটিকগুলির একটিতে পারমাণবিক স্কেলে, অবশেষে ঘটনাটির কারণ প্রায় সকলের সন্তুষ্টি প্রকাশ করে। ইলেকট্রন একে অপরকে ঘর্ষণহীন প্রবাহে এমনভাবে ধাক্কা দেয় যা প্রথমে একটি পূজনীয় তত্ত্ব দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল যা রহস্যের মতোই পুরানো।
"এই প্রমাণ সত্যিই সুন্দর এবং সরাসরি," বলেন সুবীর সচদেব, হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির একজন পদার্থবিদ যিনি ক্রিস্টালের তত্ত্ব তৈরি করেন, যা কাপরেটস নামে পরিচিত, এবং পরীক্ষায় জড়িত ছিলেন না।
"আমি 25 বছর ধরে এই সমস্যার উপর কাজ করেছি, এবং আমি আশা করি আমি এটি সমাধান করেছি," বলেছেন জেসি সিমাস ডেভিস, যিনি অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের নতুন পরীক্ষার নেতৃত্ব দেন। "আমি একেবারে রোমাঞ্চিত।"
নতুন পরিমাপ তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে একটি ভবিষ্যদ্বাণীর সাথে মেলে, যা সুপার এক্সচেঞ্জ নামক একটি কোয়ান্টাম ঘটনার জন্য কাপরেট সুপারকন্ডাক্টিভিটিকে দায়ী করে। "আমি পরিমাণগত চুক্তি দ্বারা বিস্মিত করছি," বলেন আন্দ্রে-মারি ট্রেম্বলে, কানাডার শেরব্রুক বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ এবং গত বছর ভবিষ্যদ্বাণী করা দলের নেতা।
গবেষণাটি ক্ষেত্রের বহুবর্ষজীবী উচ্চাকাঙ্ক্ষাকে অগ্রসর করে: কাপরেট সুপারকন্ডাক্টিভিটি গ্রহণ করা এবং এর অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াকে শক্তিশালী করা, যাতে বিশ্ব-পরিবর্তনকারী উপকরণগুলি আরও বেশি তাপমাত্রায় বিদ্যুৎকে অতিপরিবাহী করতে সক্ষম ডিজাইন করা যায়। রুম-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রতিদিনের ইলেকট্রনিক্স, পাওয়ার লাইন এবং আরও অনেক কিছুতে নিখুঁত দক্ষতা আনবে, যদিও উদ্দেশ্যটি দূরবর্তী।
"যদি এই শ্রেণীর তত্ত্বটি সঠিক হয়," ডেভিস সুপার এক্সচেঞ্জ তত্ত্বের উল্লেখ করে বলেন, "বিভিন্ন স্থানে বিভিন্ন পরমাণু সহ কৃত্রিম পদার্থগুলিকে বর্ণনা করা সম্ভব হবে" যার জন্য সমালোচনামূলক তাপমাত্রা বেশি।
দুটি আঠালো
পদার্থবিদরা 1911 সালে এটি প্রথম পরিলক্ষিত হওয়ার পর থেকে সুপারকন্ডাক্টিভিটির সাথে লড়াই করেছেন। ডাচ বিজ্ঞানী হেইক কামারলিং ওনেস এবং সহযোগীরা একটি পারদ তারকে প্রায় 4 কেলভিনে (অর্থাৎ পরম শূন্য থেকে 4 ডিগ্রি উপরে) ঠান্ডা করেছেন এবং বিস্ময়ের সাথে দেখেছেন যে বৈদ্যুতিক পলুমেট প্রতিরোধ ক্ষমতা। . ইলেকট্রন তার পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের সময় তাপ উৎপন্ন না করেই তারের মধ্য দিয়ে চৌকসভাবে চলে যায় - প্রতিরোধের উৎপত্তি। এটি "জীবনকালের প্রচেষ্টা" নিতে হবে, ডেভিস বলেন, কীভাবে তা বের করতে।
1950-এর দশকের মাঝামাঝি থেকে জন বারডিন, লিওন কুপার এবং জন রবার্ট শ্রিফারের মূল পরীক্ষামূলক অন্তর্দৃষ্টির উপর ভিত্তি করে তাদের নোবেল পুরস্কার বিজয়ী তত্ত্ব প্রকাশ করেছে 1957 সালে সুপারকন্ডাক্টিভিটির এই প্রচলিত রূপটি। "বিসিএস তত্ত্ব", যেমনটি আজ পরিচিত, ধারণ করে যে কম্পনগুলি পরমাণুর সারি "আঠা" ইলেকট্রনগুলির মধ্য দিয়ে একসাথে চলে। একটি নেতিবাচক চার্জযুক্ত ইলেকট্রন পরমাণুর মধ্যে উড়ে যাওয়ার সাথে সাথে এটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত পারমাণবিক নিউক্লিয়াসকে তার দিকে টেনে নেয় এবং একটি লহর সেট করে। সেই লহরটি দ্বিতীয় ইলেক্ট্রনে টান দেয়। তাদের ভয়ানক বৈদ্যুতিক বিকর্ষণকে অতিক্রম করে, দুটি ইলেকট্রন একটি "কুপার জোড়া" গঠন করে।
"এটি প্রকৃতির সত্য প্রতারণা," বলেন জর্গ শ্মালিয়ান, জার্মানির কার্লসরুহে ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একজন পদার্থবিদ। "এই কুপার জুটি হওয়ার কথা নয়।"
যখন ইলেক্ট্রন জোড়া হয়, তখন আরও কোয়ান্টাম কৌশল সুপারকন্ডাক্টিভিটি অনিবার্য করে তোলে। সাধারণত, ইলেকট্রন ওভারল্যাপ করতে পারে না, কিন্তু কুপার জোড়া একটি ভিন্ন কোয়ান্টাম যান্ত্রিক নিয়ম অনুসরণ করে; তারা আলোর কণার মতো কাজ করে, যার যেকোনো সংখ্যা একটি পিনের মাথায় স্তূপ করতে পারে। অনেক কুপার জোড়া একত্রিত হয় এবং একটি একক কোয়ান্টাম যান্ত্রিক অবস্থায় একত্রিত হয়, একটি "সুপারফ্লুইড", যা এটির মধ্যবর্তী পরমাণুর প্রতি অজ্ঞান হয়ে যায়।
বিসিএস তত্ত্বটিও ব্যাখ্যা করে যে কেন পারদ এবং অন্যান্য ধাতব উপাদানগুলি পরম শূন্যের কাছাকাছি ঠাণ্ডা হলে সুপারকন্ডাক্ট হয় কিন্তু কয়েক কেলভিনের উপরে তা করা বন্ধ করে। পারমাণবিক তরঙ্গগুলি সবচেয়ে দুর্বল আঠালো তৈরি করে। তাপ চালু করুন, এবং এটি পরমাণুগুলিকে ঝাঁকুনি দেয় এবং জালির কম্পনগুলিকে ধুয়ে দেয়।
তারপরে 1986 সালে, আইবিএম গবেষক জর্জ বেডনর্জ এবং অ্যালেক্স মুলার কাপরেটের একটি শক্তিশালী ইলেক্ট্রন আঠার উপর হোঁচট খেয়েছিলেন: তামা এবং অক্সিজেনের শীটগুলি অন্যান্য উপাদানের স্তরগুলির মধ্যে ছেদযুক্ত স্ফটিক। তারা পরে একটি cuprate পর্যবেক্ষণ 30 কেলভিনে সুপারকন্ডাক্টিং, গবেষকরা শীঘ্রই অন্যদের খুঁজে পেয়েছেন যে সুপারকন্ডাক্ট 100 উপরে, এবং তারপর উপরে 130 কেলভিন.
এই "উচ্চ-তাপমাত্রা" সুপারকন্ডাক্টিভিটির জন্য দায়ী কঠিন আঠালো বোঝার জন্য এই অগ্রগতি ব্যাপক প্রচেষ্টা শুরু করেছে। সম্ভবত ইলেক্ট্রনগুলি একত্রে একত্রিত হয়ে চার্জের প্যাঁচালো, রিপ্লিং ঘনত্ব তৈরি করে। অথবা হতে পারে তারা স্পিন এর মাধ্যমে ইন্টারঅ্যাক্ট করেছে, ইলেক্ট্রনের একটি অভ্যন্তরীণ সম্পত্তি যা এটিকে একটি নির্দিষ্ট দিকে নির্দেশ করে, যেমন একটি কোয়ান্টাম-আকারের চুম্বক।
প্রয়াত ফিলিপ অ্যান্ডারসন, একজন আমেরিকান নোবেল বিজয়ী এবং ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যার সর্বত্র কিংবদন্তি, তুলে ধরেন একটি তত্ত্ব উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টিভিটি আবিষ্কৃত হওয়ার কয়েক মাস পরে। আঠার কেন্দ্রস্থলে, তিনি যুক্তি দিয়েছিলেন, সুপার এক্সচেঞ্জ নামে পূর্বে বর্ণিত একটি কোয়ান্টাম ঘটনা স্থাপন করুন - ইলেক্ট্রনের হপ করার ক্ষমতা থেকে উদ্ভূত একটি বল। যখন ইলেকট্রন একাধিক অবস্থানের মধ্যে ঘুরতে পারে, তখন যে কোনো এক মুহূর্তে তাদের অবস্থান অনিশ্চিত হয়ে পড়ে, যখন তাদের ভরবেগ সুনির্দিষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত হয়। একটি তীক্ষ্ণ ভরবেগ একটি নিম্ন গতিবেগ হতে পারে, এবং সেইজন্য একটি নিম্ন-শক্তির অবস্থা, যা কণাগুলি স্বাভাবিকভাবেই খুঁজে বের করে।
ফলাফল হল যে ইলেক্ট্রনগুলি এমন পরিস্থিতিতে খোঁজে যেখানে তারা দৌড়াতে পারে। একটি ইলেক্ট্রন যখন তার প্রতিবেশী উপরে নির্দেশ করে তখন নিচের দিকে নির্দেশ করতে পছন্দ করে, উদাহরণস্বরূপ, যেহেতু এই পার্থক্যটি দুটি ইলেকট্রনকে একই পরমাণুর মধ্যে ছুটতে দেয়। এইভাবে, সুপার এক্সচেঞ্জ কিছু উপাদানে ইলেক্ট্রন স্পিনগুলির একটি নিয়মিত আপ-ডাউন-আপ-ডাউন প্যাটার্ন স্থাপন করে। এটি একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব দূরে থাকার জন্য ইলেকট্রনকেও ধাক্কা দেয়। (খুব দূরে, এবং তারা লাফিয়ে উঠতে পারে না।) এটি এই কার্যকর আকর্ষণ যা অ্যান্ডারসন বিশ্বাস করেছিলেন যে শক্তিশালী কুপার জোড়া তৈরি করতে পারে।
এন্ডারসনের মতো তত্ত্বগুলি পরীক্ষা করার জন্য পরীক্ষা-নিরীক্ষাবাদীরা দীর্ঘ সংগ্রাম করেছিল, যেহেতু তারা পরিমাপ করতে পারে এমন বস্তুগত বৈশিষ্ট্যগুলি, যেমন প্রতিফলন বা প্রতিরোধ, ট্রিলিয়ন ইলেকট্রনের যৌথ আচরণের অশোধিত সংক্ষিপ্তসার প্রস্তাব করেছিল, জোড়া নয়।
ডেভিস বলেন, "কনডেন্সড ম্যাটার ফিজিক্সের কোনো প্রথাগত কৌশল কখনোই এই ধরনের সমস্যা সমাধানের জন্য ডিজাইন করা হয়নি।"
সুপার এক্সপেরিমেন্ট
ডেভিস, অক্সফোর্ড, কর্নেল ইউনিভার্সিটি, ইউনিভার্সিটি কলেজ কর্ক এবং ইন্টারন্যাশনাল ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক রিসার্চ স্কুল ফর কেমিস্ট্রি অ্যান্ড ফিজিক্স অফ কোয়ান্টাম ম্যাটেরিয়ালস ইন ড্রেসডেনের ল্যাব সহ একজন আইরিশ পদার্থবিদ, পরমাণু স্তরে কাপরেটগুলি যাচাই করার জন্য ধীরে ধীরে সরঞ্জাম তৈরি করেছেন। পূর্ববর্তী পরীক্ষাগুলি একটি উপাদানের অতিপরিবাহীতার শক্তিকে ঠাণ্ডা করার মাধ্যমে পরিমাপ করেছিল যতক্ষণ না এটি গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রায় পৌঁছায় যেখানে সুপারকন্ডাক্টিভিটি শুরু হয় - উষ্ণ তাপমাত্রা শক্তিশালী আঠালো নির্দেশ করে। কিন্তু গত এক দশকে, ডেভিস গ্রুপ পৃথক পরমাণুর চারপাশে আঠালো প্রসারণের একটি উপায় পরিমার্জন করেছে।
তারা স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপি নামক একটি প্রতিষ্ঠিত কৌশল পরিবর্তন করেছে, যা একটি পৃষ্ঠ জুড়ে একটি সুই টেনে নিয়ে যায়, উভয়ের মধ্যে ইলেক্ট্রনের কারেন্ট পরিমাপ করে। একটি সুপারকন্ডাক্টিং টিপের জন্য সূচের স্বাভাবিক ধাতব টিপকে অদলবদল করে এবং এটিকে একটি কাপরেট জুড়ে ঝাড়ু দিয়ে, তারা ব্যক্তিদের চেয়ে ইলেক্ট্রন জোড়ার একটি কারেন্ট পরিমাপ করে। এটি তাদের প্রতিটি পরমাণুর চারপাশে কুপার জোড়ার ঘনত্ব ম্যাপ করতে দেয় - সুপারকন্ডাক্টিভিটির একটি সরাসরি পরিমাপ। তারা প্রথম ছবিটি প্রকাশ করেছে কুপার জোড়ার ঝাঁক in প্রকৃতি 2016 মধ্যে.
একই বছর, চীনা পদার্থবিদদের দ্বারা একটি পরীক্ষা প্রদান করা হয় প্রমাণের একটি বড় অংশ অ্যান্ডারসনের সুপার এক্সচেঞ্জ তত্ত্বকে সমর্থন করে: তারা দেখিয়েছিল যে একটি প্রদত্ত কাপরেটে তামা এবং অক্সিজেন পরমাণুর মধ্যে ইলেক্ট্রনগুলিকে যতটা সহজে উড্ডয়ন করা যায়, কাপরেটের সমালোচনামূলক তাপমাত্রা তত বেশি (এবং এর ফলে এটির আঠা তত শক্তিশালী)। ডেভিস এবং তার সহকর্মীরা আঠার প্রকৃতিকে আরও চূড়ান্তভাবে প্রকাশ করার জন্য একটি একক কাপরেট ক্রিস্টালে দুটি পদ্ধতিকে একত্রিত করার চেষ্টা করেছিলেন।
"আহা" মুহূর্তটি 2020 সালে জুমের উপর একটি গ্রুপ মিটিংয়ে এসেছিল, তিনি বলেছিলেন। গবেষকরা বুঝতে পেরেছিলেন যে বিসমাথ স্ট্রন্টিয়াম ক্যালসিয়াম কপার অক্সাইড (বিএসসিসিও, বা "বিস্কো," সংক্ষেপে) নামক একটি কাপরেটের একটি অদ্ভুত বৈশিষ্ট্য ছিল যা তাদের স্বপ্নের পরীক্ষাকে সম্ভব করে তুলেছিল। BSCCO-তে, তামা এবং অক্সিজেন পরমাণুর স্তরগুলি পরমাণুর চারপাশের শীটগুলির দ্বারা একটি তরঙ্গায়িত প্যাটার্নে চেপে যায়। এটি নির্দিষ্ট পরমাণুর মধ্যে দূরত্বকে পরিবর্তিত করে, যা ঘুরে দাঁড়ানোর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিকে প্রভাবিত করে। ভিন্নতা তাত্ত্বিকদের জন্য মাথাব্যথার কারণ হয়, যারা তাদের জালি পরিপাটি পছন্দ করে, কিন্তু এটি পরীক্ষাবিদদের তাদের যা প্রয়োজন তা দিয়েছে: একটি নমুনায় হপিং শক্তির একটি পরিসর।
তারা একটি ধাতব টিপ সহ একটি ঐতিহ্যগত স্ক্যানিং মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে কিছু পরমাণুর উপর ইলেকট্রন আটকে দেয় এবং অন্যদের থেকে ছিঁড়ে ফেলে, কাপরেট জুড়ে হপিং শক্তির ম্যাপিং করে। তারপরে তারা প্রতিটি পরমাণুর চারপাশে কুপার জোড়ার ঘনত্ব পরিমাপ করার জন্য একটি কাপরেটের টিপে অদলবদল করে।
দুটি মানচিত্র সারিবদ্ধ। যেখানে ইলেক্ট্রনগুলি হপ করার জন্য লড়াই করেছিল, সেখানে সুপারকন্ডাক্টিভিটি দুর্বল ছিল। যেখানে হপিং সহজ ছিল, সুপারকন্ডাক্টিভিটি শক্তিশালী ছিল। হপিং এনার্জি এবং কুপার পেয়ারের ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক একটি পরিশীলিতভাবে মিলেছে সংখ্যাগত ভবিষ্যদ্বাণী 2021 থেকে ট্রেম্বলে এবং সহকর্মীদের দ্বারা, যা যুক্তি দিয়েছিল যে এই সম্পর্কটি অ্যান্ডারসনের তত্ত্ব থেকে অনুসরণ করা উচিত।
সুপার এক্সচেঞ্জ সুপার গ্লু
ডেভিস আবিষ্কার করেছেন যে হপিং শক্তি সুপারকন্ডাক্টিভিটি শক্তির সাথে যুক্ত, এই মাসে প্রকাশিত হয়েছে ন্যাশনাল একাডেমী অফ সায়েন্সেসের প্রসিডিংস, দৃঢ়ভাবে বোঝায় যে সুপার এক্সচেঞ্জ হল সুপার গ্লু যা উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টিভিটি সক্ষম করে।
"এটি একটি চমৎকার কাজের অংশ কারণ এটি একটি নতুন কৌশল নিয়ে আসে যাতে আরও দেখানো হয় যে এই ধারণাটির পা আছে," বলেন আলী ইয়াজদানি, প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটির একজন পদার্থবিজ্ঞানী যিনি কাপরেট এবং অধ্যয়নের জন্য অনুরূপ কৌশল তৈরি করেছেন অন্যান্য বহিরাগত উদাহরণ ডেভিস গ্রুপের সাথে সমান্তরালে সুপারকন্ডাক্টিভিটির।
কিন্তু ইয়াজদানি এবং অন্যান্য গবেষকরা সতর্ক করেছেন যে এখনও একটি সুযোগ আছে, যদিও দূরবর্তী, সেই আঠালো শক্তি এবং অন্য কোনও কারণে লকস্টেপে সরে যাওয়ার সহজতা রয়েছে এবং ক্ষেত্রটি ক্লাসিক পারস্পরিক সম্পর্ক-সমান-কারণ-কারণ ফাঁদে পড়ে যাচ্ছে। ইয়াজদানির জন্য, একটি কার্যকারণ সম্পর্ক প্রমাণ করার আসল উপায় হবে কিছু চটকদার নতুন সুপারকন্ডাক্টর ইঞ্জিনিয়ার করার জন্য সুপার এক্সচেঞ্জ ব্যবহার করা।
“যদি এটা শেষ হয়, চলুন বৃদ্ধি করা যাক Tc"তিনি বলেছেন, গুরুতর তাপমাত্রার কথা উল্লেখ করে।
সুপার এক্সচেঞ্জ একটি নতুন ধারণা নয়, তাই প্রচুর গবেষক ইতিমধ্যেই চিন্তা করেছেন কিভাবে এটাকে শক্তিশালী করা যায়, সম্ভবত তামা এবং অক্সিজেন জালিকে আরও স্কুইশ করে বা অন্যান্য জোড়া উপাদানগুলির সাথে পরীক্ষা করে। "টেবিলে ইতিমধ্যে ভবিষ্যদ্বাণী রয়েছে," ট্রেম্বলে বলেছিলেন।
অবশ্যই, পারমাণবিক ব্লুপ্রিন্ট স্কেচ করা এবং এমন উপকরণ ডিজাইন করা যা গবেষকরা যা চান তা দ্রুত বা সহজ নয়। তাছাড়া, এমন কোন গ্যারান্টি নেই যে এমনকি বেসপোক কাপরেটগুলি আমরা ইতিমধ্যে জানি এমন কাপরেটগুলির তুলনায় অনেক বেশি গুরুতর তাপমাত্রা অর্জন করবে। সুপার এক্সচেঞ্জের শক্তির একটি শক্ত সিলিং থাকতে পারে, ঠিক যেমনটি পারমাণবিক কম্পন বলে মনে হয়। কয়েকজন গবেষক আছেন প্রার্থীদের তদন্ত সম্পূর্ণ ভিন্ন এবং সম্ভাব্য এমনকি শক্তিশালী ধরনের আঠালো জন্য। অন্যান্য অস্বাভাবিক চাপের ব্যবহার ঐতিহ্যগত পারমাণবিক কম্পন আপ তীরে.
কিন্তু ডেভিসের ফলাফল রসায়নবিদ এবং পদার্থ বিজ্ঞানীদের প্রচেষ্টাকে উত্সাহিত করতে পারে এবং ফোকাস করতে পারে যারা কাপরেট সুপারকন্ডাক্টরকে আরও উচ্চতায় নিয়ে যাওয়ার লক্ষ্য রাখে।
"সামগ্রী ডিজাইন করা লোকেদের সৃজনশীলতা সীমাহীন," শ্মালিয়ান বলেছিলেন। "আমরা যত বেশি আত্মবিশ্বাসী যে একটি প্রক্রিয়া সঠিক, এটিতে আরও বিনিয়োগ করা তত বেশি স্বাভাবিক।"
