100 বছরেরও বেশি আগে, পদার্থবিদ ড হেইক কামেরলিং ওনেস আবিষ্কার করেছেন যে কঠিন পারদ একটি সুপারকন্ডাক্টর হিসাবে কাজ করে। এখন, প্রথমবারের মতো, পদার্থবিদদের একটি সম্পূর্ণ মাইক্রোস্কোপিক বোঝার আছে কেন এটি এমন। একটি আধুনিক প্রথম-নীতি গণনা পদ্ধতি ব্যবহার করে, ইতালির L'Aquila বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি দল পারদের ইলেকট্রনিক এবং জালির বৈশিষ্ট্যগুলিতে বেশ কিছু অসামঞ্জস্য খুঁজে পেয়েছে, যার মধ্যে একটি অবর্ণনীয় ইলেক্ট্রন স্ক্রীনিং প্রভাব রয়েছে যা সুপারকন্ডাক্টিং ইলেকট্রনের জোড়ার মধ্যে বিকর্ষণ কমিয়ে সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রচার করে। দলটি তাত্ত্বিক তাপমাত্রাও নির্ধারণ করেছে যেখানে পারদের সুপারকন্ডাক্টিং ফেজ ট্রানজিশন ঘটে - তথ্য ঘনীভূত বিষয়ের পাঠ্যপুস্তক থেকে আগে অনুপস্থিত।
সুপারকন্ডাক্টিভিটি হল কোনো উপাদানের কোনো প্রতিরোধ ছাড়াই বিদ্যুৎ সঞ্চালনের ক্ষমতা। এটি অনেক পদার্থের মধ্যে পরিলক্ষিত হয় যখন তারা একটি গুরুতর তাপমাত্রার নিচে ঠান্ডা হয় Tc যা সুপারকন্ডাক্টিং অবস্থায় স্থানান্তরকে চিহ্নিত করে। প্রচলিত সুপারকন্ডাক্টিভিটির বারডিন-কুপার-শ্রেফার (বিসিএস) তত্ত্বে, এই রূপান্তর ঘটে যখন ইলেকট্রন তাদের পারস্পরিক বৈদ্যুতিক বিকর্ষণকে অতিক্রম করে তথাকথিত "কুপার জোড়া" গঠন করে যা তারপর একটি সুপারকারেন্ট হিসাবে উপাদানের মধ্য দিয়ে বিনা বাধায় ভ্রমণ করে।
1911 সালে সলিড পারদ প্রথম পরিচিত সুপারকন্ডাক্টর হয়ে ওঠে, যখন ওনেস উপাদানটিকে তরল হিলিয়াম তাপমাত্রায় ঠান্ডা করে। যদিও এটিকে পরবর্তীতে একটি প্রচলিত সুপারকন্ডাক্টর হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছিল, এর আচরণ কখনই পুরোপুরি ব্যাখ্যা করা হয়নি, বা এর সমালোচনামূলক তাপমাত্রার পূর্বাভাস দেওয়া হয়নি - এমন একটি পরিস্থিতি যা জিয়ানা প্রফেটা, যিনি এই তত্ত্বাবধান মেরামত করার সাম্প্রতিক প্রচেষ্টার নেতৃত্ব দিয়েছেন, "বিদ্রূপাত্মক" বলেছেন।
“যদিও এর সমালোচনামূলক তাপমাত্রা উচ্চ-এর তুলনায় অত্যন্ত কম-Tc কাপরেটস (কপার অক্সাইড) এবং উচ্চ-চাপ হাইড্রাইডের মতো উপাদান, পারদ সুপারকন্ডাক্টিভিটির ইতিহাসে একটি বিশেষ ভূমিকা পালন করেছে, 1960 এবং 1970-এর দশকের প্রথম দিকে ঘটনাগত তত্ত্বগুলির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ মানদণ্ড হিসাবে পরিবেশন করেছে, "প্রফেটা বলেছেন। "এটি সত্যিই বিদ্রূপাত্মক, যে পারদ, যে উপাদানটিতে সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রথমবারের মতো রিপোর্ট করা হয়েছিল, এখন পর্যন্ত সুপারকন্ডাক্টরের জন্য আধুনিক প্রথম-নীতির পদ্ধতি দ্বারা অধ্যয়ন করা হয়নি।"
কোন অভিজ্ঞতামূলক বা এমনকি আধা-অনুভূতিমূলক পরামিতি প্রয়োজন
তাদের কাজে, প্রোফেটা এবং সহকর্মীরা একটি কাউন্টারফ্যাকচুয়াল দিয়ে শুরু করেছিলেন: যদি 1911 সালে ওনেস পারদের মধ্যে সুপারকন্ডাক্টিভিটি আবিষ্কার না করতেন, তবে বিজ্ঞানীরা কি অত্যাধুনিক গণনামূলক কৌশল ব্যবহার করে আজ এর অস্তিত্বের ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারতেন? এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার জন্য, তারা সুপারকন্ডাক্টিং ডেনসিটি ফাংশনাল থিওরি (SCDFT) নামে একটি পদ্ধতি ব্যবহার করেছিল, যা বাস্তব-বিশ্বের উপকরণগুলির সুপারকন্ডাক্টিং বৈশিষ্ট্যগুলি বর্ণনা করার সবচেয়ে সঠিক উপায়গুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচিত হয়।
SCDFT এর মত প্রথম-নীতির পদ্ধতিতে, Profeta ব্যাখ্যা করে, উপাদানে নিউক্লিয়াস এবং ইলেকট্রনের আচরণ বর্ণনা করে মৌলিক কোয়ান্টাম মেকানিক্স সমীকরণগুলি কোনো অভিজ্ঞতামূলক বা এমনকি আধা-অনুভূতিমূলক পরামিতি প্রবর্তন না করেই সংখ্যাগতভাবে সমাধান করা হয়। SCDFT-এর জন্য প্রয়োজনীয় একমাত্র তথ্য হল পরমাণুর স্থানের বিন্যাস যা একটি প্রদত্ত উপাদান তৈরি করে, যদিও কিছু মানক অনুমান সাধারণত গণনাগত সময়গুলিকে পরিচালনাযোগ্য রাখার জন্য নিযুক্ত করা হয়।
এই কৌশলটি ব্যবহার করে, গবেষকরা দেখতে পেয়েছেন যে পারদগুলিতে অতিপরিবাহীতাকে উন্নীত করার জন্য সমস্ত ঘটনাগুলির প্যানোপলি একত্রিত হয়। তারা যে আচরণগুলি উন্মোচন করেছিল তার মধ্যে উপাদানটির স্ফটিক কাঠামোর উপর অস্বাভাবিক পারস্পরিক সম্পর্ক প্রভাব রয়েছে; এর বৈদ্যুতিন কাঠামোতে আপেক্ষিক সংশোধন যা ফোননগুলির ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করে, যা স্ফটিক জালির কম্পন; এবং নিচু অবস্থানের কারণে ইলেক্ট্রনের মধ্যে অবশিষ্ট কুলম্ব বিকর্ষণের একটি অস্বাভাবিক পুনর্নবীকরণ (প্রায় 10 eV এ) d-রাজ্য।
এই ধরনের প্রভাবগুলি বেশিরভাগ (প্রচলিত) সুপারকন্ডাক্টরগুলিতে উপেক্ষিত হতে পারে, এবং ছিল, প্রোফেটা বলে, কিন্তু পারদের মধ্যে নয়। স্ক্রীনিং প্রভাব, বিশেষ করে, উপাদানটির কার্যকরী সমালোচনামূলক তাপমাত্রায় 30% বৃদ্ধি ঘটায়। "এই গবেষণায়, আমরা বুঝতে পেরেছি যে যদিও পারদকে তার জটিল গঠন এবং রসায়নের কারণে একটি সহজ সিস্টেম হিসাবে বিবেচনা করা হয়েছে, এটি আসলে আমাদের সম্মুখীন হওয়া সবচেয়ে জটিল সুপারকন্ডাক্টরগুলির মধ্যে একটি," প্রোফেটা বলে। ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড.
স্পিন-অরবিট কাপলিং প্রভাব গুরুত্বপূর্ণ
এই সমস্ত কারণগুলি বিবেচনায় নেওয়ার পরে, গবেষকরা একটি ভবিষ্যদ্বাণী করেছেন Tc পারদের জন্য যা প্রকৃত পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপিত মানের 2.5% এর মধ্যে ছিল। তারা আরও দেখেছে যে যদি স্পিন-অরবিট কাপলিং (একটি ইলেক্ট্রনের স্পিন এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে এর কক্ষপথের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া) এর মতো আপেক্ষিক প্রভাবগুলিকে গণনার মধ্যে অন্তর্ভুক্ত না করা হয় তবে কিছু ফোনন মোড অস্থির হয়ে ওঠে, যা সিস্টেমের জন্য একটি প্রবণতা নির্দেশ করে। একটি কম প্রতিসম গঠন মধ্যে বিকৃত. এই ধরনের প্রভাব এইভাবে পারদের সমালোচনামূলক তাপমাত্রা নির্ধারণে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। "আমাদের দৈনন্দিন অভিজ্ঞতা দেখায়, ঘরের তাপমাত্রায় পারদ একটি অস্বাভাবিক তরল ধাতু অবস্থায় থাকে, যা খুব কম-শক্তি (কিন্তু অস্থির নয়) ফোনন মোডে প্রতিফলিত হয়," প্রোফেটা ব্যাখ্যা করে। "এই মোডগুলি সঠিকভাবে বর্ণনা করার জন্য বিশেষ যত্ন প্রয়োজন।"
সুপারকন্ডাক্টিভিটির শতবর্ষ উদযাপন করুন...
গবেষকরা দাবি করেন, তাদের কাজ যা বিস্তারিত শারীরিক পর্যালোচনা বি, ঐতিহাসিক গুরুত্ব। "আমরা এখন প্রথম আবিষ্কৃত সুপারকন্ডাক্টরের মাইক্রোস্কোপিক মেকানিজমগুলি জানি এবং এর সুপারকন্ডাক্টিং ফেজ ট্রানজিশন নির্ধারণ করেছি - এমন তথ্য যা প্রথমবারের মতো সুপারকন্ডাক্টর আবিষ্কৃত হওয়ার জন্য অভাব ছিল," প্রোফেটা বলেছেন।
বিশ্বের প্রাচীনতম সুপারকন্ডাক্টরের এই নতুন উপলব্ধি যদিও একটি উপাদান-দ্বারা-নকশা পদ্ধতি শুধুমাত্র উচ্চ-থ্রুপুট গণনার জন্যই সম্ভব হয়েছে, তিনি যোগ করেন। এই ধরনের গণনা লক্ষ লক্ষ তাত্ত্বিক উপাদানের সংমিশ্রণ স্ক্রীনিং করতে এবং পরিবেষ্টিত অবস্থার কাছাকাছি সময়ে প্রচলিত সুপারকন্ডাক্টর হতে পারে সেগুলি বাছাই করতে সক্ষম। এই ধরনের কক্ষ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টিং উপকরণগুলি সন্ধান করা বৈদ্যুতিক জেনারেটর এবং ট্রান্সমিশন লাইনগুলির দক্ষতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করবে, পাশাপাশি কণা ত্বরণকারী এবং এমআরআই মেশিনে সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটের মতো সুপারকন্ডাক্টিভিটির সাধারণ প্রয়োগগুলিকে সরল করবে।
"পারদের মধ্যে আবিষ্কৃত অদ্ভুত কুলম্ব পুনর্নবীকরণের প্রভাবগুলিকে নতুন উপকরণ প্রকৌশলী করার জন্য কাজে লাগানো যেতে পারে, পারদের মতো স্টেট প্রোফাইলের একটি বৈদ্যুতিন ঘনত্বের সাথে, উপকরণগুলির সমালোচনামূলক তাপমাত্রা বাড়াতে একটি অতিরিক্ত গাঁট প্রদান করে," প্রোফেটা বলেছেন। "আমরা এখন এই সম্ভাবনাটি অন্বেষণ করছি।"
