Graphene Quantum Magic Delivers a New Class of Superconducting Material

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एक सामग्री को सुपरकंडक्टर के रूप में व्यवहार करने के लिए कम तापमान की आवश्यकता होती है। वास्तव में, अधिकांश सामग्री केवल अत्यधिक कम तापमान पर सुपरकंडक्टिंग चरण में प्रवेश करती है, जैसे -270 डिग्री सेल्सियस, जो अंतरिक्ष में देखे गए तापमान से कम है! चूंकि इस तरह के पर्याप्त शीतलन के लिए अत्यधिक महंगे और विशेष तरल हीलियम शीतलन उपकरण की आवश्यकता होती है, इसलिए इसके व्यावहारिक उपयोग गंभीर रूप से सीमित हैं। यह प्राथमिक कारण है कि सुपरकंडक्टिंग प्रौद्योगिकियां अभी भी अपने प्रारंभिक चरण में हैं।

उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (एचटीएस), जैसे कि कुछ लोहे और तांबे पर आधारित, -200 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के सुपरकंडक्टिंग चरण तक पहुंचते हैं, एक तापमान जो तरल नाइट्रोजन के साथ एक उपकरण को ठंडा करके अधिक आसानी से प्राप्त किया जाता है, जो एक सिस्टम को ठंडा कर सकता है। -195.8 डिग्री सेल्सियस। हालांकि, एचटीएस के औद्योगिक और वाणिज्यिक अनुप्रयोग अब तक सीमित हैं। एचटीएस सामग्री जो वर्तमान में ज्ञात और उपलब्ध हैं वे भंगुर सिरेमिक सामग्री हैं जो तारों जैसे प्रयोग करने योग्य आकार में मोड़ने योग्य नहीं हैं। इसके अलावा, वे उत्पादन करने के लिए बेहद कठिन और महंगे हैं। यह उपन्यास सुपरकंडक्टिंग सामग्री की खोज को महत्वपूर्ण बनाता है, और यह नागोया विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर हिरोशी कोंटानी और डॉ। सेइचिरो ओनारी जैसे भौतिकविदों के लिए शोध का एक प्रमुख केंद्र है।

हाल ही में, एक संभावित सुपरकंडक्टर के रूप में एक नई सामग्री का प्रस्ताव किया गया है जिसे मैजिक-एंगल ट्विस्टेड बिलीयर ग्राफीन (MATBG) कहा जाता है। MATBG में, ग्राफीन की दो परतें, अनिवार्य रूप से एक छत्ते की जाली में व्यवस्थित कार्बन की एकल द्वि-आयामी परतें, एक जादुई कोण (लगभग 1.1 डिग्री) द्वारा ऑफसेट होती हैं जो घूर्णी समरूपता के टूटने और एक उच्च-क्रम समरूपता के गठन की ओर ले जाती हैं। एसयू (4) के रूप में जाना जाता है। जैसे-जैसे तापमान बदलता है, सिस्टम क्वांटम उतार-चढ़ाव का अनुभव करता है, जैसे परमाणु संरचना में पानी की लहरें, जो इलेक्ट्रॉनिक संरचना में एक उपन्यास सहज परिवर्तन और समरूपता में कमी का कारण बनती हैं। इस घूर्णी समरूपता को तोड़ने को नेमैटिक अवस्था के रूप में जाना जाता है और अन्य सामग्रियों में अतिचालक गुणों के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है।

हाल ही में प्रकाशित उनके काम में शारीरिक समीक्षा पत्र, प्रो. कोंटानी और डॉ. ओनारी MATBG में इस नेमैटिक अवस्था के स्रोत को बेहतर ढंग से समझने और प्रकाश डालने के लिए सैद्धांतिक तरीकों का उपयोग करते हैं। “चूंकि हम जानते हैं कि उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी दृढ़ता से सहसंबंधित इलेक्ट्रॉन प्रणालियों जैसे लौह-आधारित सुपरकंडक्टर्स में नेमैटिक उतार-चढ़ाव से प्रेरित हो सकती है, इस नेमैटिक ऑर्डर के तंत्र और उत्पत्ति को स्पष्ट करने से उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स के डिजाइन और उभरने का कारण बन सकता है।” डॉ ओनारी।

शोधकर्ताओं ने पाया कि MATBG में नेमैटिक ऑर्डर स्वतंत्रता की एक उपन्यास डिग्री के उतार-चढ़ाव के बीच हस्तक्षेप से उत्पन्न होता है जो स्वतंत्रता की घाटी की डिग्री और स्वतंत्रता की स्पिन डिग्री को जोड़ती है, कुछ ऐसा जो पारंपरिक रूप से सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉन प्रणालियों से रिपोर्ट नहीं किया गया है। मुड़ बाइलेयर ग्रेफीन का अतिचालक संक्रमण तापमान 1K (-272°C) पर बहुत कम होता है, लेकिन निमैटिक अवस्था इसे कई डिग्री तक बढ़ाने का प्रबंधन करती है।

उनके परिणाम यह भी दिखाते हैं कि यद्यपि MATBG लोहे पर आधारित उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर की तरह कुछ तरीकों से व्यवहार करता है, इसमें कुछ विशिष्ट गुण भी होते हैं जो काफी रोमांचक होते हैं, जैसे कि नेट चार्ज लूप करंट एक घाटी ध्रुवीकृत अवस्था में एक चुंबकीय क्षेत्र को जन्म देता है। , जबकि नेमैटिक अवस्था में प्रत्येक घाटी द्वारा लूप करंट को रद्द कर दिया जाता है। इसके अलावा, इन सुपरकंडक्टर्स के व्यावहारिक अनुप्रयोगों को बढ़ाने में ग्रैफेन की लचीलापन भी महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है।

सुपरकंडक्टिविटी के अंतर्निहित तंत्र की बेहतर समझ के साथ, विज्ञान और प्रौद्योगिकी एक संचालन भविष्य के करीब है जो वास्तव में है उत्तम.

संदर्भ: “एसयू (4) वैली + स्पिन फ्लुक्चुएशन इंटरफेरेंस मैकेनिज्म फॉर नेमैटिक ऑर्डर इन मैजिक-एंगल ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीन: द इम्पैक्ट ऑफ वर्टेक्स करेक्शन्स” सेइचिरो ओनारी और हिरोशी कोंटानी द्वारा, 9 फरवरी 2022, शारीरिक समीक्षा पत्र.
डीओआई: 10.1103/PhysRevLet.128.066401