সাম্প্রতিক গ্রাউন্ড-ব্রেকিং অধ্যয়ন অবশেষে অর্থনৈতিক এবং ব্যবহারিক-থেকে-ব্যবহারের সুপারকন্ডাক্টরগুলি বিকাশের দীর্ঘমেয়াদী সম্ভাবনার জন্য উপাদান গ্রাফিনের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি দেখিয়েছে।
A সুপারকন্ডাক্টর এমন একটি উপাদান যা পরিচালনা করতে পারে (প্রেরণ) বিদ্যুৎ প্রতিরোধ ছাড়া। এই প্রতিরোধের কিছু ক্ষতি হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় শক্তি যা প্রক্রিয়া চলাকালীন ঘটে। সুতরাং, যে কোনো উপাদান অতিপরিবাহী হয়ে ওঠে যখন এটি বিদ্যুৎ পরিচালনা করতে সক্ষম হয়, সেই নির্দিষ্ট সময়েতাপমাত্রা' বা অবস্থা, তাপ, শব্দ বা শক্তির অন্য কোনো রূপ ছাড়াই। সুপারকন্ডাক্টরগুলি 100 শতাংশ দক্ষ কিন্তু বেশিরভাগ উপকরণের জন্য অত্যন্ত কম হওয়া প্রয়োজন শক্তি সুপারকন্ডাক্টিভ হওয়ার জন্য রাষ্ট্র, যার মানে তাদের খুব ঠান্ডা হতে হবে। বেশিরভাগ সুপারকন্ডাক্টরকে তরল হিলিয়াম দিয়ে খুব কম তাপমাত্রায় -270 ডিগ্রি সেলসিয়াস ঠান্ডা করতে হবে। এইভাবে যে কোনও সুপারকন্ডাক্টিং অ্যাপ্লিকেশন সাধারণত কিছু ধরণের সক্রিয় বা প্যাসিভ ক্রায়োজেনিক/নিম্ন তাপমাত্রার শীতলকরণের সাথে মিলিত হয়। এই শীতল করার পদ্ধতির জন্য নিজের মধ্যে অত্যধিক পরিমাণ শক্তি প্রয়োজন এবং তরল হিলিয়াম শুধুমাত্র খুব ব্যয়বহুল নয়, এটি পুনর্নবীকরণযোগ্যও নয়। অতএব, বেশিরভাগ প্রচলিত বা "নিম্ন তাপমাত্রার" সুপারকন্ডাক্টরগুলি অদক্ষ, তাদের সীমা রয়েছে, বড় আকারের ব্যবহারের জন্য অপ্রয়োজনীয়, ব্যয়বহুল এবং অবাস্তব।
উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টর
সুপারকন্ডাক্টর ক্ষেত্রটি 1980 এর দশকের মাঝামাঝি একটি বড় লাফ দিয়েছিল যখন একটি কপার অক্সাইড যৌগ আবিষ্কৃত হয়েছিল যা -238 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সুপারকন্ডাক্ট করতে পারে। এটি এখনও ঠান্ডা, তবে তরল হিলিয়াম তাপমাত্রার তুলনায় অনেক বেশি উষ্ণ। এটি নোবেল পুরস্কার জিতে আবিষ্কৃত প্রথম "উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টর" (HTC) হিসাবে পরিচিত ছিল, যদিও এটি শুধুমাত্র একটি বৃহত্তর আপেক্ষিক অর্থে "উচ্চ"। অতএব, বিজ্ঞানীদের কাছে এটি ঘটেছে যে তারা শেষ পর্যন্ত কাজ করে এমন সুপারকন্ডাক্টরগুলি খুঁজে বের করার দিকে মনোনিবেশ করতে পারে, আসুন তরল নাইট্রোজেন (-196° C) এর প্লাস সহ বলা যাক যে এটি প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায় এবং সস্তাও। উচ্চ তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলিরও অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে যেখানে খুব উচ্চ চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োজন। তাদের লো-টেম্প কাউন্টারপার্টগুলি প্রায় 23 টেসলা (টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তির একক) এ কাজ করা বন্ধ করে দেয় তাই তাদের আরও শক্তিশালী চুম্বক তৈরি করতে ব্যবহার করা যায় না। কিন্তু উচ্চ তাপমাত্রার অতিপরিবাহী পদার্থগুলি সেই ক্ষেত্রের দ্বিগুণেরও বেশি এবং সম্ভবত আরও বেশি সময়ে কাজ করতে পারে। যেহেতু সুপারকন্ডাক্টরগুলি বৃহৎ চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে সেগুলি স্ক্যানার এবং লেভিটেটিং ট্রেনের একটি অপরিহার্য উপাদান। উদাহরণস্বরূপ, এমআরআই আজ (ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং) এমন একটি কৌশল যা শরীরের উপাদান, রোগ এবং জটিল অণুগুলি দেখতে এবং অধ্যয়ন করতে এই গুণটি ব্যবহার করে। অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে শক্তি-দক্ষ পাওয়ার লাইন (উদাহরণ, সুপারকন্ডাক্টিং তারগুলি একই আকারের কুপার তারের চেয়ে 10 গুণ বেশি শক্তি সরবরাহ করতে পারে), বায়ু শক্তি জেনারেটর এবং সুপার কম্পিউটারের মাধ্যমে বিদ্যুতের গ্রিড স্কেল স্টোরেজ অন্তর্ভুক্ত। ডিভাইসগুলি সংরক্ষণ করতে সক্ষম। সুপারকন্ডাক্টর দিয়ে লক্ষ লক্ষ বছর ধরে শক্তি তৈরি করা যায়।
বর্তমান উচ্চ তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির নিজস্ব সীমাবদ্ধতা এবং চ্যালেঞ্জ রয়েছে। শীতল যন্ত্রের প্রয়োজনের কারণে খুব ব্যয়বহুল হওয়া ছাড়াও, এই সুপারকন্ডাক্টরগুলি ভঙ্গুর পদার্থ দিয়ে তৈরি এবং আকার দেওয়া সহজ নয় এবং এইভাবে বৈদ্যুতিক তারগুলি তৈরি করতে ব্যবহার করা যায় না। উপাদানটি নির্দিষ্ট পরিবেশে রাসায়নিকভাবে অস্থির হতে পারে এবং বায়ুমণ্ডল এবং জলের অমেধ্যগুলির প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল হতে পারে এবং এইভাবে এটিকে সাধারণত আবদ্ধ রাখতে হবে। তারপরে কেবলমাত্র সর্বাধিক কারেন্ট থাকে যা অতিপরিবাহী পদার্থ বহন করতে পারে এবং একটি সমালোচনামূলক কারেন্টের ঘনত্বের উপরে, সুপারকন্ডাক্টিভিটি কারেন্টকে সীমিত করে ভেঙে যায়। বিশেষ করে উন্নয়নশীল দেশগুলিতে ভাল সুপারকন্ডাক্টরের ব্যবহারে বিপুল খরচ এবং অব্যবহারিকতা বাধাগ্রস্ত হচ্ছে। প্রকৌশলীরা, তাদের কল্পনায়, সত্যিই একটি নরম, নমনীয়, ফেরোম্যাগনেটিক সুপারকন্ডাক্টর চাইবেন যা অমেধ্য বা প্রয়োগকৃত বর্তমান এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের জন্য অভেদ্য। চাওয়ার জন্য খুব বেশি!
গ্রাফিন হতে পারে!
একটি সফল সুপারকন্ডাক্টরের কেন্দ্রীয় মানদণ্ড হল উচ্চ তাপমাত্রা খুঁজে পাওয়া সুপারকন্ডাক্টোr, আদর্শ দৃশ্য হল ঘরের তাপমাত্রা। যাইহোক, নতুন উপকরণ এখনও সীমিত এবং তৈরি করা খুব চ্যালেঞ্জিং। এই উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টররা যে সঠিক পদ্ধতি গ্রহণ করে এবং কীভাবে বিজ্ঞানীরা একটি নতুন ডিজাইনে পৌঁছাতে পারেন যা বাস্তবসম্মত তা সম্পর্কে এই ক্ষেত্রে এখনও অবিচ্ছিন্নভাবে শেখার আছে। উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির মধ্যে একটি চ্যালেঞ্জিং দিক হল যে এটি খুব খারাপভাবে বোঝা যায় যে কোন উপাদানের ইলেকট্রনগুলিকে জোড়ায় জোড়ায় সাহায্য করে। সাম্প্রতিক এক গবেষণায় প্রথমবারের মতো এই উপাদানটি দেখানো হয়েছে গ্রাফিন এর অভ্যন্তরীণ সুপারকন্ডাক্টিং গুণমান রয়েছে এবং আমরা সত্যিই উপাদানের নিজস্ব প্রাকৃতিক অবস্থায় একটি গ্রাফিন সুপারকন্ডাক্টর তৈরি করতে পারি। গ্রাফিন, একটি সম্পূর্ণরূপে কার্বন-ভিত্তিক উপাদান, শুধুমাত্র 2004 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং এটি পরিচিত সবচেয়ে পাতলা উপাদান। এটি ষড়ভুজাকারভাবে সাজানো কার্বন পরমাণু সমন্বিত প্রতিটি শীট সহ হালকা এবং নমনীয়। এটি ইস্পাতের চেয়ে শক্তিশালী বলে মনে হয় এবং তামার তুলনায় এটি অনেক ভালো বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা প্রকাশ করে। সুতরাং, এটি এই সমস্ত প্রতিশ্রুতিশীল বৈশিষ্ট্য সহ একটি বহুমাত্রিক উপাদান।
ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি এবং হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটি, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পদার্থবিদ, যাদের কাজ দুটি কাগজে প্রকাশিত হয়েছে1,2 in প্রকৃতি, রিপোর্ট করেছেন যে তারা দুটি চরম বৈদ্যুতিক আচরণ দেখানোর জন্য উপাদান গ্রাফিনকে সুর করতে সক্ষম - একটি অন্তরক হিসাবে যেখানে এটি কোনও কারেন্ট যেতে দেয় না এবং একটি সুপারকন্ডাক্টর হিসাবে যা কোনও প্রতিরোধ ছাড়াই কারেন্টকে পাস করতে দেয়। দুটি গ্রাফিন শীটের একটি "সুপারল্যাটিস" তৈরি করা হয়েছিল যা 1.1 ডিগ্রির "জাদু কোণ" এ সামান্য ঘোরানো হয়েছিল। এই বিশেষ ওভারলেইং হেক্সাগোনাল মধুচক্র প্যাটার্ন বিন্যাসটি করা হয়েছিল যাতে গ্রাফিন শীটগুলিতে ইলেকট্রনগুলির মধ্যে সম্ভাব্য "দৃঢ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত মিথস্ক্রিয়া" প্ররোচিত করা যায়। এবং এটি ঘটেছিল কারণ গ্রাফিন এই "জাদু কোণে" শূন্য প্রতিরোধের সাথে বিদ্যুৎ সঞ্চালন করতে পারে যখন অন্য কোনও স্তুপীকৃত বিন্যাস গ্রাফিনকে স্বতন্ত্র হিসাবে রাখে এবং প্রতিবেশী স্তরগুলির সাথে কোনও মিথস্ক্রিয়া ছিল না। তারা গ্রাফিনকে একটি অভ্যন্তরীণ গুণাগুণ গ্রহণ করার উপায় দেখিয়েছিল যাতে তার নিজের উপর সুপার কন্ডাক্ট হয়। কেন এটি অত্যন্ত প্রাসঙ্গিক কারণ, একই গোষ্ঠী পূর্বে গ্রাফিনকে অন্যান্য সুপারকন্ডাক্টিং ধাতুর সংস্পর্শে রেখে গ্রাফিন সুপারকন্ডাক্টরকে সংশ্লেষিত করেছিল যাতে এটি কিছু সুপারকন্ডাক্টিং আচরণের উত্তরাধিকারী হতে পারে কিন্তু একা গ্রাফিন দিয়ে অর্জন করতে পারেনি। এটি একটি যুগান্তকারী প্রতিবেদন কারণ গ্রাফিনের পরিবাহী ক্ষমতা কিছু সময়ের জন্য পরিচিত ছিল কিন্তু এটি প্রথমবারের মতো যে গ্রাফিনের অতিপরিবাহীতা পরিবর্তন বা এতে অন্যান্য উপাদান যোগ না করেই অর্জন করা হয়েছে। এইভাবে, গ্রাফিন ব্যবহার করা যেতে পারে একটি ট্রানজিস্টরের মতো তৈরি করতে। একটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটে ডিভাইস এবং গ্রাফিন দ্বারা প্রকাশিত সুপারকন্ডাক্টিভিটি অভিনব কার্যকারিতা সহ আণবিক ইলেকট্রনিক্স ডিভাইসগুলিতে অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে।
এটি আমাদের উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির সমস্ত আলোচনায় ফিরিয়ে আনে এবং যদিও এই সিস্টেমটিকে এখনও 1.7 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ঠান্ডা করা দরকার, বড় প্রকল্পগুলির জন্য গ্রাফিন উত্পাদন এবং ব্যবহার করা এখন এর অপ্রচলিত সুপারকন্ডাক্টিভিটি তদন্ত করে অর্জনযোগ্য বলে মনে হচ্ছে। প্রচলিত সুপারকন্ডাক্টরের বিপরীতে গ্রাফিনের কার্যকলাপকে সুপারকন্ডাক্টিভিটির মূলধারার তত্ত্ব দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না। এই ধরনের অপ্রচলিত ক্রিয়াকলাপটি কাপরেটস নামক জটিল কপার অক্সাইডে দেখা গেছে, যা 133 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত বিদ্যুৎ সঞ্চালন করতে পরিচিত এবং বহু দশক ধরে গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু হয়ে দাঁড়িয়েছে। যদিও, এই কাপরেটগুলির বিপরীতে, একটি স্তুপীকৃত গ্রাফিন সিস্টেমটি বেশ সহজ এবং উপাদানটি আরও ভালভাবে বোঝা যায়। শুধুমাত্র এখন গ্রাফিন একটি বিশুদ্ধ সুপারকন্ডাক্টর হিসাবে আবিষ্কৃত হয়েছে, কিন্তু উপাদানটির নিজের মধ্যে অনেক অসামান্য ক্ষমতা রয়েছে যা পূর্বে পরিচিত ছিল। এই কাজটি গ্রাফিনের একটি শক্তিশালী ভূমিকা এবং উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির বিকাশের পথ প্রশস্ত করে যা পরিবেশ বান্ধব এবং আরও অনেক কিছু। শক্তি দক্ষ এবং সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে ঘরের তাপমাত্রায় কার্যকারিতা ব্যয়বহুল শীতলকরণের প্রয়োজনীয়তা দূর করে। এটি এনার্জি ট্রান্সমিশন, রিসার্চ ম্যাগনেট, মেডিক্যাল ডিভাইস বিশেষ করে স্ক্যানারে বৈপ্লবিক পরিবর্তন আনতে পারে এবং আমাদের বাড়ি এবং অফিসে কীভাবে শক্তি সঞ্চারিত হয় তা সত্যিই সংশোধন করতে পারে।
***
{উদ্ধৃত উৎস(গুলি) তালিকায় নীচে দেওয়া DOI লিঙ্কে ক্লিক করে আপনি মূল গবেষণাপত্রটি পড়তে পারেন}
উত্স (গুলি)
1. ইউয়ান সি এট আল। 2018. ম্যাজিক-অ্যাঙ্গেল গ্রাফিন সুপারল্যাটিসে অর্ধেক ভরাট করার সময় সম্পর্কযুক্ত অন্তরক আচরণ। প্রকৃতি। https://doi.org/10.1038/nature26154
2. ইউয়ান সি এট আল। 2018. জাদু-কোণ গ্রাফিন সুপারল্যাটিসে অপ্রচলিত সুপারকন্ডাক্টিভিটি। প্রকৃতি। https://doi.org/10.1038/nature26160
