पैलेडियम ऑक्साइड बेहतर सुपरकंडक्टर्स बना सकते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

पैलेडेट्स - तत्व पैलेडियम पर आधारित ऑक्साइड सामग्री - का उपयोग सुपरकंडक्टर्स बनाने के लिए किया जा सकता है जो कप्रेट (कॉपर ऑक्साइड) या निकलेट्स (निकल ऑक्साइड) की तुलना में उच्च तापमान पर काम करते हैं, ह्योगो विश्वविद्यालय, जापान, टीयू विएन और के शोधकर्ताओं की गणना के अनुसार। सहकर्मी। नया अध्ययन उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के लिए महत्वपूर्ण दो गुणों के संदर्भ में ऐसे दो पैलेडेट्स को "वस्तुतः इष्टतम" के रूप में पहचानता है: सहसंबंध शक्ति और सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के स्थानिक उतार-चढ़ाव।

सुपरकंडक्टर वे सामग्रियां हैं जो एक निश्चित संक्रमण तापमान से नीचे ठंडा होने पर बिना किसी प्रतिरोध के बिजली का संचालन करती हैं, T_c. 1911 में खोजा जाने वाला पहला सुपरकंडक्टर ठोस पारा था, लेकिन इसका संक्रमण तापमान पूर्ण शून्य से केवल कुछ डिग्री ऊपर है, जिसका अर्थ है कि इसे सुपरकंडक्टिंग चरण में रखने के लिए महंगे तरल हीलियम शीतलक की आवश्यकता होती है। कई अन्य "पारंपरिक" सुपरकंडक्टर्स, जैसा कि वे जाने जाते हैं, कुछ ही समय बाद खोजे गए, लेकिन सभी का मान समान रूप से कम है T_c.

हालाँकि, 1980 के दशक के उत्तरार्ध में, "उच्च-तापमान" सुपरकंडक्टर्स का एक नया वर्ग शुरू हुआ T_c तरल नाइट्रोजन के क्वथनांक से ऊपर (77 K) उभरा। ये "अपरंपरागत" सुपरकंडक्टर्स धातु नहीं हैं, बल्कि कॉपर ऑक्साइड (कप्रेट्स) युक्त इंसुलेटर हैं, और उनके अस्तित्व से पता चलता है कि सुपरकंडक्टिविटी उच्च तापमान पर भी बनी रह सकती है। हाल ही में, शोधकर्ताओं ने निकेल ऑक्साइड पर आधारित सामग्रियों की पहचान उनके कप्रेट चचेरे भाई के समान ही अच्छे उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के रूप में की है।

इस शोध का एक प्रमुख लक्ष्य ऐसी सामग्री खोजना है जो कमरे के तापमान पर भी अतिचालक बनी रहे। ऐसी सामग्री विद्युत जनरेटर और ट्रांसमिशन लाइनों की दक्षता में काफी सुधार करेगी, साथ ही सुपरकंडक्टिविटी (कण त्वरक और एमआरआई स्कैनर जैसे चिकित्सा उपकरणों में सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट सहित) के सामान्य अनुप्रयोगों को सरल और सस्ता बनाएगी।

एक मूलभूत अनसुलझी समस्या

सुपरकंडक्टिविटी का शास्त्रीय सिद्धांत (इसके खोजकर्ताओं, बार्डीन, कूपर और श्राइफ़र के शुरुआती नामों के बाद बीसीएस सिद्धांत के रूप में जाना जाता है) बताता है कि पारा और अधिकांश धातु तत्व अपने से नीचे सुपरकंडक्ट क्यों करते हैं T_c: उनके फर्मिओनिक इलेक्ट्रॉन युग्मित होकर बोसोन बनाते हैं जिन्हें कूपर युग्म कहा जाता है। ये बोसॉन एक चरण-सुसंगत संघनन बनाते हैं जो सामग्री के माध्यम से एक सुपरकरंट के रूप में प्रवाहित हो सकता है जिसमें बिखरने का अनुभव नहीं होता है, और परिणाम के रूप में सुपरकंडक्टिविटी दिखाई देती है। हालाँकि, जब उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के पीछे के तंत्र की व्याख्या करने की बात आती है, तो सिद्धांत छोटा पड़ जाता है। दरअसल, अपरंपरागत अतिचालकता संघनित-पदार्थ भौतिकी में एक मौलिक अनसुलझी समस्या है।

इन सामग्रियों को बेहतर ढंग से समझने के लिए, शोधकर्ताओं को यह जानना होगा कि इन 3डी-संक्रमण धातुओं के इलेक्ट्रॉन कैसे सहसंबद्ध हैं और वे एक-दूसरे के साथ कितनी मजबूती से बातचीत करते हैं। स्थानिक उतार-चढ़ाव प्रभाव (जो इस तथ्य से बढ़ जाते हैं कि ये ऑक्साइड आमतौर पर दो-आयामी या पतली-फिल्म सामग्री के रूप में बने होते हैं) भी महत्वपूर्ण हैं। जबकि इस तरह के उतार-चढ़ाव का वर्णन करने के लिए फेनमैन आरेखीय गड़बड़ी जैसी तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन जब धातु-इन्सुलेटर (एमओटी) संक्रमण जैसे सहसंबंध प्रभावों को पकड़ने की बात आती है, तो वे कम पड़ जाते हैं, जो उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के आधारशिलाओं में से एक है।

यहीं पर गतिशील माध्य क्षेत्र सिद्धांत (डीएमएफटी) के रूप में जाना जाने वाला मॉडल सामने आता है। नए काम में, शोधकर्ताओं ने नेतृत्व किया टीयू वीन ठोस राज्य भौतिक विज्ञानी कार्स्टन हेल्ड कई पैलैडेट यौगिकों के अतिचालक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए डीएमएफटी में तथाकथित आरेखीय एक्सटेंशन का उपयोग किया गया।

क्यूप्रेट सुपरकंडक्टर्स में एक अजीब घटक होता है

गणनाएँ, जिनका विवरण इसमें दिया गया है फिजिकल रिव्यू लेटर्स, पता चलता है कि उच्च संक्रमण तापमान प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत मजबूत होनी चाहिए, लेकिन बहुत मजबूत नहीं। न तो कप्रेट्स और न ही निकेलेट्स इस इष्टतम, मध्यम-प्रकार की बातचीत के करीब हैं, लेकिन पैलेडेट्स हैं। हेल्ड कहते हैं, "आवर्त सारणी में पैलेडियम सीधे निकेल से एक रेखा नीचे है।" "गुण समान हैं, लेकिन वहां के इलेक्ट्रॉन औसतन परमाणु नाभिक और एक-दूसरे से कुछ हद तक दूर हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉनिक संपर्क कमजोर है।"

शोधकर्ताओं ने पाया कि जबकि कुछ पल्लाडेट्स, विशेष रूप से आरबीएसआर₂पीडीओ₃ और ए'₂पीडीओ₂Cl₂ (ए′=बा_0.5La_0.5), "वस्तुतः इष्टतम" हैं, अन्य, जैसे कि एनडीपीडीओ₂, बहुत कमज़ोर सहसंबद्ध हैं। "सुपरकंडक्टिविटी का हमारा सैद्धांतिक विवरण एक नए स्तर पर पहुंच गया है," मोटोहारु कितातानी का ह्योगो विश्वविद्यालय बताता है भौतिकी की दुनिया. "हम सकारात्मक हैं कि हमारे प्रायोगिक सहयोगी अब इन सामग्रियों को संश्लेषित करने का प्रयास करेंगे।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/palladium-oxides-could-make-better-superconductors/