वैज्ञानिकों ने सुपरकंडक्टर को मजबूत बनाया, सचमुच कुछ नहीं से
भौतिकविदों ने साबित किया है कि सावधानी से इंजीनियर किया गया निर्वात सुपरकंडक्टिविटी को 5.4% तक बढ़ा सकता है, जिससे खाली स्थान शोध टीम का सबसे उत्पादक सदस्य बन गया है।
एक ऐसी खोज में जो बिना पंचलाइन वाले फिजिक्स के मजाक जैसी लगती है, शोधकर्ताओं ने पहली बार प्रदर्शित किया है कि निर्वात में क्वांटम उतार-चढ़ाव सुपरकंडक्टिविटी को मजबूत कर सकते हैं, जिससे पदार्थ की असामान्य अवस्थाओं को नियंत्रित करने का एक नया रास्ता खुलता है। जी हाँ, अब खाली शून्य भी अपना वजन उठा रहा है।
नेचर में प्रकाशित इस अध्ययन का नेतृत्व चीनी विज्ञान अकादमी के अंतर्गत आने वाले यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑफ चाइना के प्रोफेसर चांगगन ज़ेंग और गुआंगहुई चेंग ने किया। इस सहयोग में शंघाई जियाओ टोंग यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर किंगडोंग जियांग, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर फ्रैंक विल्चेक और अन्य शोधकर्ता भी शामिल थे। यह साबित करने के लिए कि कुछ नहीं कुछ करता है, बहुत सारे प्रतिष्ठित नाम हैं।
रोज़मर्रा की भाषा में, निर्वात पूरी तरह से खाली स्थान जैसा लग सकता है। क्वांटम भौतिकी एक बहुत अलग तस्वीर पेश करती है। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स और हाइज़ेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के अनुसार, सबसे कम ऊर्जा वाली अवस्था भी कभी पूरी तरह से स्थिर नहीं होती। आभासी कण लगातार प्रकट और गायब होते रहते हैं, जिससे क्वांटम उतार-चढ़ाव की एक सदा-विद्यमान पृष्ठभूमि बनती है। तो अगली बार जब कोई आपको खोखला व्यक्ति कहे, तो उसे तारीफ के लिए धन्यवाद कहें।
ये उतार-चढ़ाव केवल सैद्धांतिक नहीं हैं। उनके प्रभावों को लैम्ब शिफ्ट, स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन और कैसिमिर प्रभाव जैसी सुस्थापित घटनाओं के माध्यम से देखा गया है। तो हाँ, ब्रह्मांड दशकों से चुपचाप अपनी प्रतिभा दिखा रहा है।
कई वर्षों से, ज़ेंग और चेंग की टीमों ने जांच की है कि ये निर्वात उतार-चढ़ाव संघनित पदार्थ प्रणालियों को कैसे प्रभावित करते हैं। एक पहले के अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके कैसिमिर बल को आकर्षण और प्रतिकर्षण के बीच प्रतिवर्ती रूप से स्विच करके निर्वात उतार-चढ़ावों को सीधे नियंत्रित कर सकते हैं। उस परिणाम ने एक बड़ा सवाल उठाया: क्या क्वांटम निर्वात उतार-चढ़ाव का उपयोग मैक्रोस्कोपिक क्वांटम अवस्थाओं को नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है?
जियांग के समूह ने इसी समस्या को सैद्धांतिक दृष्टिकोण से देखा है, यह अध्ययन करते हुए कि इंजीनियर किए गए क्वांटम निर्वात वातावरण पदार्थ की विभिन्न अवस्थाओं को कैसे प्रभावित कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने "वैक्यूम्रोनिक्स" की अवधारणा पेश की, जिसमें विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए निर्वात वातावरण का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक व्यवहार को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। उस सैद्धांतिक कार्य ने नए प्रयोगों में देखी गई सुपरकंडक्टिविटी वृद्धि को समझने के लिए एक रूपरेखा प्रदान करने में मदद की।
प्रोफेसर ज़ेंग ने कहा, "मुक्त अंतरिक्ष में निर्वात उतार-चढ़ाव आम तौर पर मैक्रोस्कोपिक संघनित-पदार्थ प्रणालियों में देखे जाने योग्य प्रभाव पैदा करने के लिए बहुत कमजोर होते हैं। इस सीमा को दूर करने के लिए, हमने एक टेराहर्ट्ज़ स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर पेश किया। ऐसा डार्क कैविटी विद्युत चुम्बकीय वातावरण को नया आकार दे सकता है और निर्वात उतार-चढ़ावों को काफी बढ़ा सकता है।"
इस विचार का प्रयोगात्मक परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सुपरकंडक्टर NbSe2 को एक टेराहर्ट्ज़ डार्क कैविटी के अंदर रखा। इससे एक युग्मित प्रणाली बनी जिसमें सुपरकंडक्टिंग सामग्री कैविटी के अंदर विशेष रूप से इंजीनियर किए गए विद्युत चुम्बकीय वातावरण के साथ अंतःक्रिया करती थी। फिर टीम ने कैविटी के अंदर और बाहर सामग्री के सुपरकंडक्टिंग व्यवहार की तुलना की। परिणामों से पता चला कि NbSe2 को कैविटी में रखने से इसका सुपरकंडक्टिंग क्रांतिक तापमान काफी बढ़ गया, यानी वह तापमान जिसके नीचे सामग्री अपनी सुपरकंडक्टिंग अवस्था में प्रवेश करती है।
प्रोफेसर चेंग ने कहा, "हमने देखा कि छह-परत NbSe2 डिवाइस में क्रांतिक तापमान 5.4% तक बढ़ सकता है, जबकि सुपरकंडक्टिंग संक्रमण के पास क्रांतिक धारा और क्रांतिक चुंबकीय क्षेत्र काफी बढ़ जाते हैं। यह निर्वात-उतार-चढ़ाव-वर्धित सुपरकंडक्टिविटी का पहला प्रयोगात्मक अवलोकन है।" यह सही है: अनिवार्य रूप से ब्रह्मांड के पृष्ठभूमि शोर से 5.4% का बढ़ावा।
शोधकर्ताओं ने यह निर्धारित करने के लिए कई नियंत्रण प्रयोग किए कि क्या इस प्रभाव को सामग्री में अधिक पारंपरिक परिवर्तनों द्वारा समझाया जा सकता है। उन्होंने सेटअप के कई गुणों को बदला, जिनमें कैविटी ज्यामिति, विशिष्ट आवृत्ति, सामग्री की मोटाई, ढांकता हुआ सामग्री और धातु की पट्टियाँ शामिल थीं। परिणाम a
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