100 سال سے زیادہ پہلے، ماہر طبیعیات ہائیک کیمرلنگ اونس دریافت کیا کہ ٹھوس پارا ایک سپر کنڈکٹر کے طور پر کام کرتا ہے۔ اب، پہلی بار، طبیعیات دانوں کو مکمل خوردبینی سمجھ ہے کہ ایسا کیوں ہے۔ ایک جدید پہلے اصولوں کے کمپیوٹیشنل طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے، L'Aquila، اٹلی کی یونیورسٹی کی ایک ٹیم نے عطارد کی الیکٹرانک اور جالی کی خصوصیات میں کئی بے ضابطگیوں کو پایا، جس میں اب تک غیر بیان شدہ الیکٹران اسکریننگ اثر بھی شامل ہے جو سپر کنڈکٹنگ الیکٹران کے جوڑوں کے درمیان ریپلیشن کو کم کرکے سپر کنڈکٹیوٹی کو فروغ دیتا ہے۔ ٹیم نے نظریاتی درجہ حرارت کا بھی تعین کیا جس پر عطارد کی سپر کنڈکٹنگ مرحلے کی منتقلی ہوتی ہے - معلومات جو پہلے گاڑھا مادے کی نصابی کتابوں سے غائب تھیں۔
سپر کنڈکٹیویٹی کسی مادے کی بغیر کسی مزاحمت کے بجلی چلانے کی صلاحیت ہے۔ یہ بہت سے مواد میں دیکھا جاتا ہے جب وہ ایک اہم درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا ہوتے ہیں Tc جو سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی کو نشان زد کرتا ہے۔ Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) تھیوری آف کنوینشنل سپر کنڈکٹیویٹی میں، یہ منتقلی اس وقت ہوتی ہے جب الیکٹران اپنے باہمی برقی ریپلیشن پر قابو پا کر نام نہاد "کوپر جوڑے" بناتے ہیں جو پھر مادے کے ذریعے سپر کرنٹ کے طور پر بغیر کسی رکاوٹ کے سفر کرتے ہیں۔
سالڈ پارا 1911 میں پہلا معروف سپر کنڈکٹر بن گیا، جب اونس نے عنصر کو مائع ہیلیم درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا۔ جب کہ بعد میں اسے روایتی سپر کنڈکٹر کے طور پر درجہ بندی کیا گیا، اس کے رویے کی کبھی بھی پوری طرح وضاحت نہیں کی گئی، اور نہ ہی اس کے نازک درجہ حرارت کی پیش گوئی کی گئی۔ گیانا پروفیٹا۔, جنہوں نے اس نگرانی کو ٹھیک کرنے کی حالیہ کوشش کی قیادت کی، اسے "ستم ظریفی" کہتے ہیں۔
"جبکہ اس کا اہم درجہ حرارت اعلی کے مقابلے میں انتہائی کم ہے۔Tc کپریٹس (تانبے کے آکسائیڈز) اور ہائی پریشر ہائیڈرائیڈز جیسے مواد، پارے نے سپر کنڈکٹیویٹی کی تاریخ میں ایک خاص کردار ادا کیا ہے، جو 1960 اور 1970 کی دہائی کے اوائل میں فانومینولوجیکل تھیوریز کے لیے ایک اہم معیار کے طور پر کام کرتا ہے، "پروفیٹا کہتی ہیں۔ "یہ واقعی ستم ظریفی ہے، وہ پارا، وہ عنصر جس میں پہلی بار سپر کنڈکٹیوٹی کی اطلاع دی گئی تھی، اب تک کبھی بھی سپر کنڈکٹرز کے لیے جدید فرسٹ اصولوں کے طریقوں سے مطالعہ نہیں کیا گیا تھا۔"
تجرباتی یا یہاں تک کہ نیم تجرباتی پیرامیٹرز کی ضرورت نہیں ہے۔
اپنے کام میں، پروفیٹا اور ساتھیوں نے ایک متضاد کے ساتھ آغاز کیا: اگر اونس نے 1911 میں عطارد میں سپر کنڈکٹیویٹی دریافت نہ کی ہوتی، تو کیا سائنس دان جدید ترین کمپیوٹیشنل تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے آج اس کے وجود کی پیش گوئی کر سکتے تھے؟ اس سوال کا جواب دینے کے لیے، انہوں نے سپر کنڈکٹنگ ڈینسٹی فنکشنل تھیوری (SCDFT) کے نام سے ایک نقطہ نظر استعمال کیا، جو حقیقی دنیا کے مواد کی سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کو بیان کرنے کے سب سے درست طریقوں میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔
SCDFT جیسے پہلے اصولوں کے نقطہ نظر میں، Profeta وضاحت کرتا ہے، بنیادی کوانٹم میکانکس مساوات جو مواد میں نیوکلی اور الیکٹران کے رویے کو بیان کرتی ہیں، عددی طور پر حل کی جاتی ہیں، بغیر کسی تجرباتی یا نیم تجرباتی پیرامیٹرز کو متعارف کروائے۔ ایس سی ڈی ایف ٹی کے لیے مطلوبہ واحد معلومات ایٹموں کی جگہ میں ترتیب ہے جو ایک دیے گئے مواد کو تشکیل دیتے ہیں، حالانکہ کچھ معیاری تخمینے عام طور پر حسابی اوقات کو قابل انتظام رکھنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔
اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے محسوس کیا کہ مظاہر کی ایک جھلک عطارد میں سپر کنڈکٹیویٹی کو فروغ دینے کے لیے اکٹھی ہو جاتی ہے۔ انہوں نے جن رویوں کا پردہ فاش کیا ان میں مواد کے کرسٹل ڈھانچے پر غیر معمولی ارتباطی اثرات شامل تھے۔ اس کے الیکٹرانک ڈھانچے میں رشتہ دارانہ اصلاحات جو فونوں کی فریکوئنسیوں کو تبدیل کرتی ہیں، جو کرسٹل جالی کی کمپن ہیں۔ اور کم پڑنے کی وجہ سے الیکٹرانوں کے درمیان بقایا کولمب ریپلیشن کی ایک غیر معمولی تبدیلی (تقریبا 10 eV پر) d-ریاستیں
پروفیٹا کا کہنا ہے کہ اس طرح کے اثرات زیادہ تر (روایتی) سپر کنڈکٹرز میں نظر انداز کیے جا سکتے ہیں، اور تھے، لیکن مرکری میں نہیں۔ اسکریننگ اثر، خاص طور پر، عنصر کے مؤثر اہم درجہ حرارت میں 30 فیصد اضافہ پیدا کرتا ہے۔ "اس مطالعہ میں، ہم نے محسوس کیا کہ اگرچہ پارے کو اس کی غیر پیچیدہ ساخت اور کیمسٹری کی وجہ سے ایک سادہ نظام سمجھا جاتا ہے، لیکن یہ درحقیقت سب سے پیچیدہ سپر کنڈکٹرز میں سے ایک ہے جس کا ہم نے سامنا کیا تھا،" پروفیٹا بتاتی ہے۔ طبیعیات کی دنیا.
اسپن مدار کے جوڑے کے اثرات اہم ہیں۔
ان تمام عوامل کو مدنظر رکھنے کے بعد، محققین نے پیش گوئی کی کہ a Tc مرکری کے لیے جو اصل تجرباتی طور پر ماپی گئی قدر کے 2.5% کے اندر تھا۔ انہوں نے یہ بھی پایا کہ اگر رشتہ داری کے اثرات جیسے سپن آربٹ کپلنگ (ایک الیکٹران کے اسپن اور اس کے مدار کے درمیان تعامل جوہری مرکز کے گرد) کو حساب میں شامل نہیں کیا گیا تو فونون کے کچھ موڈز غیر مستحکم ہو گئے جو کہ نظام کے لیے ایک رجحان کی نشاندہی کرتے ہیں۔ کم ہم آہنگ ڈھانچے میں مسخ کریں۔ اس طرح کے اثرات پارے کے اہم درجہ حرارت کا تعین کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ "جیسا کہ ہمارا روزمرہ کا تجربہ ظاہر کرتا ہے، کمرے کے درجہ حرارت پر پارا ایک غیر معمولی مائع دھاتی حالت میں ہوتا ہے، جو بہت کم توانائی والے (لیکن غیر مستحکم نہیں) فونون موڈز میں جھلکتا ہے،" پروفیٹا بتاتے ہیں۔ "ان طریقوں کو درست طریقے سے بیان کرنے کے لیے خصوصی دیکھ بھال کی ضرورت ہے۔"
سپر کنڈکٹیویٹی کی صد سالہ جشن منائیں…
محققین کا دعویٰ ہے کہ ان کا کام جس کی تفصیل میں ہے۔ جسمانی جائزہ B، تاریخی اہمیت کا حامل ہے۔ پروفیٹا کا کہنا ہے کہ "اب ہم سب سے پہلے دریافت ہونے والے سپر کنڈکٹر میں موجود خوردبینی میکانزم کو جانتے ہیں اور اس کے سپر کنڈکٹنگ مرحلے کی منتقلی کا تعین کر چکے ہیں - ایسی معلومات جس کی پہلی بار دریافت ہونے والے سپر کنڈکٹر کی کمی تھی۔"
انہوں نے مزید کہا کہ دنیا کے قدیم ترین سپر کنڈکٹر کے بارے میں یہ نئی تفہیم اگرچہ مادی بہ ڈیزائن نقطہ نظر صرف ہائی تھرو پٹ کمپیوٹیشن کی بدولت ہی ممکن تھی۔ اس طرح کے حسابات لاکھوں نظریاتی مواد کے مجموعوں کی اسکریننگ کرنے اور ان کو منتخب کرنے کے قابل ہیں جو محیطی حالات کے قریب روایتی سپر کنڈکٹر ہوسکتے ہیں۔ اس طرح کے کمرے کے درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹنگ مواد کو تلاش کرنے سے الیکٹریکل جنریٹرز اور ٹرانسمیشن لائنوں کی کارکردگی میں کافی حد تک بہتری آئے گی، ساتھ ہی ساتھ سپر کنڈکٹیویٹی کی عام ایپلی کیشنز جیسے کہ پارٹیکل ایکسلریٹر اور ایم آر آئی مشینوں میں سپر کنڈکٹنگ میگنےٹ کو آسان بنایا جائے گا۔
پروفیٹا کا کہنا ہے کہ "پارے میں دریافت ہونے والے کولمب کی تجدید کاری کے عجیب و غریب اثرات کو نئے مواد کو انجینئر کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جس میں پارے کی طرح ریاستوں کی پروفائل کی الیکٹرانک کثافت ہوتی ہے، جو مواد کے نازک درجہ حرارت کو بڑھانے کے لیے ایک اضافی دستک فراہم کرتی ہے۔" "اب ہم اس امکان کو تلاش کر رہے ہیں۔"
