कप्रेट सुपरकंडक्टर
क्यूप्रेट सुपरकंडक्टर्स उच्च-तापमान सुपरकंडक्टिविटी का एक परिवार हैं | कॉपर ऑक्साइड (CuO) की परतों से बनी उच्च तापमान वाली सुपरकंडक्टिंग सामग्री2) अन्य धातु ऑक्साइड की परतों के साथ बारी-बारी से, जो आवेश भंडार के रूप में कार्य करते हैं। परिवेशी दबाव पर, कप्रेट सुपरकंडक्टर्स ज्ञात उच्चतम तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स हैं। हालाँकि, वह तंत्र जिसके द्वारा अतिचालकता उत्पन्न होती है, भौतिकी में अनसुलझी समस्याओं की सूची।
इतिहास
पहला कप्रेट सुपरकंडक्टर 1986 में आईबीएम शोधकर्ताओं जॉर्ज बेडनोर्ज़ और के. एलेक्स मुलर|कार्ल एलेक्स मुलर द्वारा गैर stoichiometric कप्रेट लैंथेनम बेरियम कॉपर ऑक्साइड में पाया गया था। इस सामग्री के लिए महत्वपूर्ण तापमान 35K था, जो 23 K के पिछले रिकॉर्ड से काफी ऊपर था।[1] इस खोज से कप्रेट्स पर अनुसंधान में तेजी से वृद्धि हुई, जिसके परिणामस्वरूप 1986 और 2001 के बीच हजारों प्रकाशन हुए।[2] बेडनोर्ज़ और मुलर को उनकी खोज के एक साल बाद ही 1987 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।[3]
1986 से, कई कप्रेट सुपरकंडक्टर्स की पहचान की गई, और उन्हें चरण आरेख पर महत्वपूर्ण तापमान बनाम ऑक्सीजन छेद सामग्री और तांबा छेद सामग्री पर तीन समूहों में रखा जा सकता है:
- लैंथेनम बेरियम कॉपर ऑक्साइड|लैंथेनम बेरियम- (LB-CO), Tc=−240°C (35 K)।
- येट्रियम बेरियम कॉपर ऑक्साइड|येट्रियम बेरियम- (YB-CO), Tc=−215°C (93 K)।[4]
- बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड|बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम- (BiSC-CO), Tc=−180 °C (95 K)।
- थैलियम बेरियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड|थैलियम बेरियम कैल्शियम- (TBC-CO), Tc=−150 °C (125 K)।[5]
- पारा बेरियम कैल्शियम- (HGBC-CO) 1993, Tc=−140 °C (133 K) के साथ, वर्तमान में उच्चतम कप्रेट क्रांतिक तापमान।[6][7]
संरचना
कप्रेट स्तरित सामग्रियां हैं, जिनमें कॉपर ऑक्साइड के सुपरकंडक्टिंग प्लेन होते हैं, जो लेण्टेनियुम , बेरियम, स्ट्रोंटियम जैसे आयनों वाली परतों से अलग होते हैं, जो चार्ज जलाशय के रूप में कार्य करते हैं, इलेक्ट्रॉनों को डोपिंग करते हैं या कॉपर-ऑक्साइड विमानों में छेद करते हैं। इस प्रकार संरचना को सुपरकंडक्टिंग CuO की सुपर लेटेक्स के रूप में वर्णित किया गया है2 परतों को स्पेसर परतों द्वारा अलग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक संरचना बनती है जो अक्सर पेरोव्स्काइट (संरचना) संरचना से निकटता से संबंधित होती है। अतिचालकता कॉपर-ऑक्साइड (CuO) के भीतर होती है2) शीट, आसन्न CuO के बीच केवल कमजोर युग्मन के साथ2 समतल, जो गुणों को द्वि-आयामी सामग्री के करीब बनाता है। CuO के भीतर विद्युत धाराएँ प्रवाहित होती हैं2 चादरें, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य संचालन और अतिचालक गुणों में एक बड़ी अनिसोट्रॉपी होती है, जिसमें CuO के समानांतर बहुत अधिक चालकता होती है2 लंबवत दिशा की तुलना में समतल।
महत्वपूर्ण अतिचालक तापमान रासायनिक संरचना, धनायन प्रतिस्थापन और ऑक्सीजन सामग्री पर निर्भर करते हैं। सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों के रासायनिक सूत्रों में आमतौर पर सुपरकंडक्टिविटी के लिए आवश्यक डोपिंग का वर्णन करने के लिए आंशिक संख्याएं होती हैं। कप्रेट सुपरकंडक्टर्स के कई परिवार हैं जिन्हें उनमें मौजूद तत्वों और प्रत्येक सुपरकंडक्टिंग ब्लॉक में आसन्न कॉपर-ऑक्साइड परतों की संख्या के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, YBCO और BSCCO को वैकल्पिक रूप से प्रत्येक सुपरकंडक्टिंग ब्लॉक (n) में परतों की संख्या के आधार पर Y123 और Bi2201/Bi2212/Bi2223 के रूप में संदर्भित किया जा सकता है। सुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान को इष्टतम डोपिंग मान (पी=0.16) और प्रत्येक सुपरकंडक्टिंग ब्लॉक में परतों की इष्टतम संख्या, आमतौर पर एन=3 पर चरम पर पाया गया है।
अनडोप्ड पैरेंट या मदर यौगिक पर्याप्त रूप से कम तापमान पर लंबी दूरी के एंटीफेरोमैग्नेटिक ऑर्डर के साथ मॉट इन्सुलेटर हैं। एकल इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना मॉडल को आम तौर पर इलेक्ट्रॉनिक गुणों का वर्णन करने के लिए पर्याप्त माना जाता है।
क्यूप्रेट सुपरकंडक्टर्स में आमतौर पर 3+ और 2+ दोनों ऑक्सीकरण अवस्थाओं में कॉपर ऑक्साइड होते हैं। उदाहरण के लिए, वाईबीए2साथ3O7 Y के रूप में वर्णित है3+(बा2+)2(साथ3+)(साथ2+)2(ओ2−)7. कॉपर 2+ और 3+ आयन खुद को एक चेकरबोर्ड पैटर्न में व्यवस्थित करते हैं, एक घटना जिसे शुल्क आदेश के रूप में जाना जाता है।[8] सभी सुपरकंडक्टिंग कप्रेट स्तरित सामग्री हैं जिनकी एक जटिल संरचना होती है जिसे सुपरकंडक्टिंग CuO की सुपरलैटिस के रूप में वर्णित किया जाता है।2 स्पेसर परतों द्वारा अलग की गई परतें, जहां स्पेसर में विभिन्न परतों और डोपेंट के बीच मिसफिट तनाव एक जटिल विविधता उत्पन्न करता है जो सुपरस्ट्राइप्स परिदृश्य में उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी के लिए आंतरिक है।
अतिचालक तंत्र
कप्रेट्स में अतिचालकता को अपरंपरागत माना जाता है और इसे बीसीएस सिद्धांत द्वारा समझाया नहीं गया है। कप्रेट सुपरकंडक्टिविटी के लिए संभावित कूपर जोड़ी काफी बहस और आगे के शोध का विषय बनी हुई है। अपरिष्कृत सामग्रियों में निम्न-तापमान प्रति-लौहचुंबकीय अवस्था और डोपिंग पर उभरने वाली निम्न-तापमान सुपरकंडक्टिंग अवस्था के बीच समानताएं, मुख्य रूप से डीx2−y2 Cu की कक्षीय अवस्था2+आयन, सुझाव देते हैं कि कप्रेट में इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन कम प्रासंगिक है। फर्मी सतह पर हाल के काम से पता चला है कि घोंसला एंटीफेरोमैग्नेटिक ब्रिलोइन जोन में चार बिंदुओं पर होता है जहां स्पिन तरंगें मौजूद होती हैं और इन बिंदुओं पर सुपरकंडक्टिंग ऊर्जा अंतर बड़ा होता है। अधिकांश कप्रेट्स के लिए देखे गए कमजोर आइसोटोप प्रभाव पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स के विपरीत हैं जिन्हें बीसीएस सिद्धांत द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है।
1987 में, फिलिप डब्ल्यू. एंडरसन ने प्रस्ताव दिया कि सुपरएक्सचेंज एक उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर युग्मन तंत्र के रूप में कार्य कर सकता है। 2016 में, चीनी भौतिकविदों ने एक कप्रेट के महत्वपूर्ण तापमान और उस कप्रेट में चार्ज ट्रांसफर गैप के आकार के बीच एक संबंध पाया, जो सुपरएक्सचेंज परिकल्पना के लिए समर्थन प्रदान करता है। 2022 के एक अध्ययन में पाया गया कि बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड सुपरकंडक्टर में वास्तविक कूपर जोड़े का अलग-अलग घनत्व सुपरएक्सचेंज पर आधारित संख्यात्मक भविष्यवाणियों से मेल खाता है।[9]
अनुप्रयोग
बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड सुपरकंडक्टर्स में पहले से ही बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, CERN में लार्ज हैड्रान कोलाइडर के वर्तमान लीड में 77 K अतिचालक तार पर दसियों किलोमीटर BSCCO-2223 का उपयोग किया जा रहा है।[10] (लेकिन मुख्य फ़ील्ड कॉइल्स मुख्य रूप से नाइओबियम-टिन पर आधारित धात्विक निम्न तापमान सुपरकंडक्टर्स का उपयोग कर रहे हैं)।
यह भी देखें
- थैलियम बेरियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड
- लैंथेनम बेरियम कॉपर ऑक्साइड
- बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड
- अतिचालक तार
ग्रन्थसूची
- Rybicki et al, Perspective on the phase diagram of cuprate high-temperature superconductors, University of Leipzig, 2015 doi:10.1038/ncomms11413
संदर्भ
- ↑ J. G. Bednorz; K. A. Mueller (1986). "Possible high TC superconductivity in the Ba–La–Cu–O system". Z. Phys. B. 64 (2): 189–193. Bibcode:1986ZPhyB..64..189B. doi:10.1007/BF01303701. S2CID 118314311.
- ↑ Mark Buchanan (2001). "छद्म अंतराल पर ध्यान दें". Nature. 409 (6816): 8–11. doi:10.1038/35051238. PMID 11343081. S2CID 5471795.
- ↑ Nobel prize autobiography.
- ↑ Wu, M. K.; Ashburn, J. R.; Torng, C. J.; Hor, P. H.; Meng, R. L.; Gao, L.; Huang, Z. J.; Wang, Y. Q.; Chu, C. W. (1993), "Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y–Ba–Cu–O Compound System at Ambient Pressure", Ten Years of Superconductivity: 1980–1990, Perspectives in Condensed Matter Physics, Dordrecht: Springer Netherlands, vol. 7, pp. 281–283, doi:10.1007/978-94-011-1622-0_36, ISBN 978-94-010-4707-4, retrieved October 14, 2021
- ↑ Sheng, Z. Z.; Hermann A. M. (1988). "Bulk superconductivity at 120 K in the Tl–Ca/Ba–Cu–O system". Nature. 332 (6160): 138–139. Bibcode:1988Natur.332..138S. doi:10.1038/332138a0. S2CID 30690410.
- ↑ Schilling, A.; Cantoni, M.; Guo, J. D.; Ott, H. R. (1993). "Superconductivity above 130 K in the Hg–Ba–Ca–Cu–O system". Nature. 363 (6424): 56–58. Bibcode:1993Natur.363...56S. doi:10.1038/363056a0. S2CID 4328716.
- ↑ Lee, Patrick A. (2008). "From high temperature superconductivity to quantum spin liquid: progress in strong correlation physics". Reports on Progress in Physics. 71 (1): 012501. arXiv:0708.2115. Bibcode:2008RPPh...71a2501L. doi:10.1088/0034-4885/71/1/012501. S2CID 119315840.
- ↑ Li, Xintong; Zou, Changwei; Ding, Ying; Yan, Hongtao; Ye, Shusen; Li, Haiwei; Hao, Zhenqi; Zhao, Lin; Zhou, Xingjiang; Wang, Yayu (January 12, 2021). "Evolution of Charge and Pair Density Modulations in Overdoped ". Physical Review X. 11 (1): 011007. doi:10.1103/PhysRevX.11.011007.
- ↑ Wood, Charlie (September 21, 2022). "उच्च तापमान अतिचालकता अंततः समझ में आई". Quanta Magazine (in English). Retrieved September 22, 2022.
- ↑ Amalia Ballarino (November 23, 2005). "एलएचसी करंट लीड के लिए एचटीएस सामग्री". CERN.
