ఇటీవలి గ్రౌండ్ బ్రేకింగ్ అధ్యయనం చివరకు ఆర్థిక మరియు ఆచరణాత్మకంగా ఉపయోగించే సూపర్ కండక్టర్లను అభివృద్ధి చేసే దీర్ఘకాలిక అవకాశం కోసం మెటీరియల్ గ్రాఫేన్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలను చూపించింది.
A సూపర్ కండక్టర్ is a material which can conduct (transmit) విద్యుత్ without resistance. This resistance is defined as some loss of శక్తి which occurs during the process. So, any material becomes superconductive when it is able to conduct electricity, at that particular ‘ఉష్ణోగ్రత’ or condition, without release of heat, sound or any other form of energy. Superconductors are 100 percent efficient but most materials require to be in an extremely low శక్తి state in order to become superconductive, which means that they have to be very cold. Most superconductors need to be cooled with liquid helium to very low temperature of about -270 degrees Celsius. Thus any superconducting application is generally coupled with some sort of active or passive cryogenic/low temperature cooling. This cooling procedure requires an excessive amount of energy in itself and liquid helium is not only very expensive but also non-renewable. Therefore, most conventional or “low temperature” superconductors are inefficient, have their limits, are uneconomical, expensive and impractical for large scale use.
అధిక-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లు
1980ల మధ్యకాలంలో -238 డిగ్రీల సెల్సియస్ వద్ద సూపర్ కండక్ట్ చేయగల కాపర్ ఆక్సైడ్ సమ్మేళనం కనుగొనబడినప్పుడు సూపర్ కండక్టర్ల క్షేత్రం పెద్ద ఎత్తుకు చేరుకుంది. ఇది ఇప్పటికీ చల్లగా ఉంటుంది, కానీ ద్రవ హీలియం ఉష్ణోగ్రతల కంటే చాలా వెచ్చగా ఉంటుంది. ఇది ఇప్పటివరకు కనుగొనబడిన మొట్టమొదటి "అధిక-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్" (HTC)గా పిలువబడింది, నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకుంది, అయినప్పటికీ దాని "అధిక" సాపేక్ష కోణంలో మాత్రమే. అందువల్ల, వారు చివరికి పని చేసే సూపర్ కండక్టర్లను కనుగొనడంపై దృష్టి పెట్టగలరని శాస్త్రవేత్తలు భావించారు, ద్రవ నత్రజని (-196 ° C) ప్లస్‌తో అది పుష్కలంగా లభిస్తుంది మరియు చౌకగా కూడా ఉంటుంది. అధిక అయస్కాంత క్షేత్రాలు అవసరమయ్యే అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లు కూడా అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉంటాయి. వారి తక్కువ-టెంప్ ప్రతిరూపాలు దాదాపు 23 టెస్లాల వద్ద పనిచేయడం మానేస్తాయి (టెస్లా అనేది అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క యూనిట్) కాబట్టి అవి మరింత బలమైన అయస్కాంతాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడవు. కానీ అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థాలు దాని కంటే రెండు రెట్లు ఎక్కువ ఫీల్డ్‌లో పని చేయగలవు మరియు ఇంకా ఎక్కువగా పని చేయగలవు. సూపర్ కండక్టర్లు పెద్ద అయస్కాంత క్షేత్రాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి కాబట్టి అవి స్కానర్‌లు మరియు లెవిటేటింగ్ రైళ్లలో ముఖ్యమైన భాగం. ఉదాహరణకు, MRI ఈనాడు (మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ఇమేజింగ్) అనేది శరీరంలోని పదార్థాలు, వ్యాధి మరియు సంక్లిష్ట అణువులను పరిశీలించడానికి మరియు అధ్యయనం చేయడానికి ఈ నాణ్యతను ఉపయోగించే ఒక సాంకేతికత. ఇతర అప్లికేషన్లలో శక్తి-సమర్థవంతమైన విద్యుత్ లైన్లు (ఉదాహరణకు, సూపర్ కండక్టింగ్ కేబుల్స్ అదే పరిమాణంలో ఉన్న కూపర్ వైర్ల కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువ శక్తిని అందించగలవు), పవన విద్యుత్ జనరేటర్లు మరియు సూపర్ కంప్యూటర్లు కలిగి ఉండటం ద్వారా విద్యుత్ గ్రిడ్ స్కేల్ నిల్వను కలిగి ఉంటాయి. సూపర్ కండక్టర్లతో మిలియన్ల సంవత్సరాలు శక్తిని సృష్టించవచ్చు.
ప్రస్తుత అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లకు వాటి స్వంత పరిమితులు మరియు సవాళ్లు ఉన్నాయి. శీతలీకరణ పరికరం అవసరం కాబట్టి చాలా ఖరీదైనది కాకుండా, ఈ సూపర్ కండక్టర్లు పెళుసుగా ఉండే పదార్థాలతో తయారు చేయబడ్డాయి మరియు ఆకృతి చేయడం సులభం కాదు కాబట్టి విద్యుత్ తీగలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించలేము. పదార్థం కొన్ని వాతావరణాలలో రసాయనికంగా అస్థిరంగా ఉండవచ్చు మరియు వాతావరణం మరియు నీటి నుండి మలినాలకు చాలా సున్నితంగా ఉంటుంది మరియు అందువలన ఇది సాధారణంగా కప్పబడి ఉంటుంది. అప్పుడు సూపర్ కండక్టింగ్ మెటీరియల్స్ మోయగల గరిష్ట కరెంట్ మాత్రమే ఉంటుంది మరియు క్రిటికల్ కరెంట్ డెన్సిటీ కంటే ఎక్కువ, సూపర్ కండక్టివిటీ విచ్ఛిన్నమై కరెంట్‌ను పరిమితం చేస్తుంది. ముఖ్యంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న దేశాలలో మంచి సూపర్ కండక్టర్ల వినియోగానికి భారీ ఖర్చులు మరియు అసాధ్యతలు అడ్డుపడుతున్నాయి. ఇంజనీర్లు, వారి ఊహలో, మలినాలు లేదా అనువర్తిత కరెంట్ మరియు అయస్కాంత క్షేత్రాలకు చొరబడని మృదువైన, సున్నితమైన, ఫెర్రో అయస్కాంత సూపర్ కండక్టర్‌ను నిజంగా కోరుకుంటారు. అడగడానికి చాలా ఎక్కువ!
గ్రాఫేన్ కావచ్చు!
విజయవంతమైన సూపర్ కండక్టర్ యొక్క ప్రధాన ప్రమాణం అధిక ఉష్ణోగ్రతను కనుగొనడం సూపర్కండక్టొr, ఆదర్శవంతమైన దృశ్యం గది ఉష్ణోగ్రత. అయినప్పటికీ, కొత్త పదార్థాలు ఇప్పటికీ పరిమితం చేయబడ్డాయి మరియు తయారు చేయడం చాలా సవాలుగా ఉంది. ఈ అధిక-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లు అవలంబించే ఖచ్చితమైన పద్దతి గురించి మరియు శాస్త్రవేత్తలు ఆచరణాత్మకమైన కొత్త డిజైన్‌ను ఎలా చేరుకోవచ్చు అనే దాని గురించి ఈ రంగంలో ఇప్పటికీ నిరంతర అభ్యాసం ఉంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లలోని సవాలు చేసే అంశాలలో ఒకటి ఏమిటంటే, ఒక పదార్థంలోని ఎలక్ట్రాన్‌లు జతకట్టడానికి నిజంగా సహాయపడేవి చాలా సరిగా అర్థం కాలేదు. ఇటీవలి అధ్యయనంలో ఇది మొదటిసారిగా పదార్థం చూపబడింది గ్రాఫేన్ అంతర్గత సూపర్ కండక్టింగ్ నాణ్యతను కలిగి ఉంది మరియు మేము నిజంగా పదార్థం యొక్క స్వంత సహజ స్థితిలో గ్రాఫేన్ సూపర్ కండక్టర్‌ను తయారు చేయవచ్చు. గ్రాఫేన్, పూర్తిగా కార్బన్-ఆధారిత పదార్థం, 2004లో మాత్రమే కనుగొనబడింది మరియు తెలిసిన అత్యంత సన్నని పదార్థం. షట్కోణంగా అమర్చబడిన కార్బన్ అణువులతో కూడిన ప్రతి షీట్‌తో ఇది తేలికగా మరియు అనువైనది. ఇది ఉక్కు కంటే బలంగా ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది మరియు ఇది రాగితో పోలిస్తే మెరుగైన విద్యుత్ వాహకతను వ్యక్తపరుస్తుంది. ఈ విధంగా, ఇది ఈ అన్ని ఆశాజనక లక్షణాలతో కూడిన బహుమితీయ పదార్థం.
మసాచుసెట్స్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ మరియు హార్వర్డ్ యూనివర్శిటీ, USAలోని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, వీరి పని రెండు పేపర్లలో ప్రచురించబడింది1,2 in ప్రకృతి, వారు గ్రాఫేన్‌ను రెండు విపరీతమైన విద్యుత్ ప్రవర్తనను చూపించడానికి ట్యూన్ చేయగలరని నివేదించారు - ఇది ఎటువంటి కరెంట్‌ను పాస్ చేయడానికి అనుమతించని ఒక అవాహకం వలె మరియు ఎటువంటి ప్రతిఘటన లేకుండా కరెంట్ పాస్ చేయడానికి అనుమతించే సూపర్ కండక్టర్‌గా. రెండు గ్రాఫేన్ షీట్‌ల "సూపర్‌లాటిస్" 1.1 డిగ్రీల "మ్యాజిక్ యాంగిల్" వద్ద కొద్దిగా తిప్పబడి పేర్చబడి సృష్టించబడింది. గ్రాఫేన్ షీట్‌లలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల మధ్య "బలంగా పరస్పర సంబంధం ఉన్న పరస్పర చర్యలను" ప్రేరేపించడానికి ఈ ప్రత్యేకమైన షట్కోణ తేనెగూడు నమూనా అమరిక జరిగింది. మరియు ఇది జరిగింది ఎందుకంటే గ్రాఫేన్ ఈ "మ్యాజిక్ యాంగిల్" వద్ద జీరో రెసిస్టెన్స్‌తో విద్యుత్తును నిర్వహించగలదు, అయితే ఏదైనా ఇతర పేర్చబడిన అమరిక గ్రాఫేన్‌ను విభిన్నంగా ఉంచుతుంది మరియు పొరుగు పొరలతో పరస్పర చర్య లేదు. గ్రాఫేన్‌ను దాని స్వంతదానిపై సూపర్ కండక్ట్ చేయడానికి అంతర్గత నాణ్యతను స్వీకరించేలా చేయడానికి వారు ఒక మార్గాన్ని చూపించారు. ఇది ఎందుకు చాలా సందర్భోచితమైనది ఎందుకంటే, అదే సమూహం గతంలో గ్రాఫేన్‌ను ఇతర సూపర్ కండక్టింగ్ లోహాలతో సంపర్కంలో ఉంచడం ద్వారా గ్రాఫేన్ సూపర్ కండక్టర్లను సంశ్లేషణ చేసింది, ఇది కొన్ని సూపర్ కండక్టింగ్ ప్రవర్తనలను వారసత్వంగా పొందేలా చేస్తుంది కానీ గ్రాఫేన్‌తో మాత్రమే సాధించలేకపోయింది. గ్రాఫేన్ యొక్క వాహక సామర్థ్యాలు కొంతకాలంగా తెలిసినప్పటికీ, గ్రాఫేన్ యొక్క సూపర్ కండక్టివిటీని దానికి ఇతర పదార్థాలను మార్చకుండా లేదా జోడించకుండా సాధించడం ఇదే మొదటిసారి కాబట్టి ఇది సంచలనాత్మక నివేదిక. సూపర్ కండక్టింగ్ సర్క్యూట్‌లోని పరికరం మరియు గ్రాఫేన్ ద్వారా వ్యక్తీకరించబడిన సూపర్ కండక్టివిటీని కొత్త కార్యాచరణలతో పరమాణు ఎలక్ట్రానిక్స్ పరికరాలలో చేర్చవచ్చు.
This brings us back to all the talk on high-temperature superconductors and though this system still needed to be cooled to 1.7 degrees Celsius, producing and using graphene for large projects looks achievable now by investigating its unconventional superconductivity. Unlike conventional superconductors graphene’s activity cannot be explained by the mainstream theory of superconductivity. Such unconventional activity has been seen in complex copper oxides called cuprates, known to conduct electricity at up to 133 degrees Celsius, and has been the focus of research for multiple decades. Though, unlike these cuprates, a stacked graphene system is quite simple and the material is also understood better. Only now graphene has been discovered as a pure superconductor, but the material in itself has many outstanding capabilities which are previously known. This work paves way for a stronger role of graphene and development of high-temperature superconductors that are environment-friendly and more శక్తి efficient and most importantlyfunction at room temperature eliminating the need for expensive cooling. This could revolutionize energy transmission, research magnets, medical devices especially scanners and could really overhaul how energy is transmitted in our homes and offices.
***
{ఉదహరించబడిన మూలం(ల) జాబితాలో దిగువ ఇవ్వబడిన DOI లింక్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా మీరు అసలు పరిశోధనా పత్రాన్ని చదవవచ్చు}
మూల (లు)
1. యువాన్ సి మరియు ఇతరులు. 2018. మ్యాజిక్-యాంగిల్ గ్రాఫేన్ సూపర్‌లాటిస్‌లలో సగం పూరించే సమయంలో పరస్పర సంబంధం ఉన్న ఇన్సులేటర్ ప్రవర్తన. ప్రకృతి. https://doi.org/10.1038/nature26154
2. యువాన్ సి మరియు ఇతరులు. 2018. మ్యాజిక్-యాంగిల్ గ్రాఫేన్ సూపర్‌లాటిస్‌లలో సాంప్రదాయేతర సూపర్ కండక్టివిటీ. ప్రకృతి. https://doi.org/10.1038/nature26160
