'सुपर कन्डक्टिभिटी'को प्रभाव

करिब सवा सय वर्ष पछाडि अर्का वैज्ञानिक तथा आविष्कारक थोमस एडिसनले विद्युतीय चिमको विकास गरेपछि विद्युतको अपरिहार्यता झनै बढेर गयो ।

विद्युत-चुम्बकत्वको उत्पादन बारेको सिद्धान्त पत्ता लगाउने वैज्ञानिक माइकल फ़ेराडे र विद्युत चुम्बकीय तरंग सम्बन्धि सिद्धान्त विकास गर्ने वैज्ञानिक क्लार्क मेक्स वेलको योगदानले विद्युत चुम्बकीय सिद्धान्तको प्रयोग निकै व्यापक हुन पुग्यो।

आज हामी शून्यमा पनि सूचना प्रवाह गर्न सक्छौं र लाखौं विद्युतीय उपकरणहरु प्रयोग गरिरहेका छौं । विद्युत प्रवाहसित सम्बन्धित विषय जसमा खास खास पदार्थमा एउटा निस्श्चित अवस्थामा शून्य अवरोध हुने र असामान्य चुम्बकीय विशेषता देखा पर्छ भने त्यसलाई हामी अति सुचालाकता (सुपर कन्डक्टिभिटी) भनेर बुझ्छौं ।

गत हप्ता उच्च तापक्रममा पनि सुपर कन्डक्टर सम्भव छ भनेर प्रसिद्ध विज्ञान जर्नल नेचरमा छापिएको महत्वपूर्ण अनुसन्धान पत्रले संकेत गरेका सम्भावित उपलब्धिहरु के-के हुन् सक्छन भन्ने बारे यो लेखमा चर्चा गर्ने प्रयास गरिएको छ ।

के हो अति सुचालाकता (सुपर कन्डक्टिभिटि) ?

सामान्यतयाः धातुहरु सुचालक हुन्छन् भने अधातुहरु कुचालक हुन्छन् । यद्यपि सुचालाकहरुमा पनि विद्युत प्रवाहलाई अवरोध गर्ने गुण पाइन्छ जसलाई हामी अवरोधात्मकता( रेसिस्टिभिटी )भनेर बुझ्न सक्छौं । यही अवरोधात्मकता कै कारण हामीले विद्युत एक ठाउँबाट अर्को ठाउँसम्म वितरणको लागि तारमा प्रवाह गराउँदा, विभिन्न उपकरणहरु चलाउँदा केहि हिस्सा विद्युत ऊर्जा मुख्यतः ताप, ध्वनी आदिको रुपमा खेर जाने गर्छ ।

पदार्थको शून्य अवरोध (जिरो रेसिस्टिभिटी) को अवस्थालाई चाहि 'अति सुचालाकता (सुपर कन्डक्टिभिटी)' भनिन्छ । सन् १९११ मा डच भौतिकशास्त्री हाइक केमरलिंक ओन्सले अति सुचालाकता (सुपर कन्डक्टिभिटी) पत्ता लगाएका थिए ।

सामान्यतया धातुहरु, तिनीहरुको मिश्रण र अन्य केहि नयाँ पदार्थहरुमा तापक्रम घटाउदै जाँदा अवरोधात्मकता पनि घट्दै जाने हुन्छ । यस्ता पदार्थमा एउटा खास तापक्रम अर्थात क्रान्तिक तापक्रम (क्रिटिकल टेम्परेचर) मा पुगेपछि सामान्य अवस्थाबाट त्यो अति सुचालाकताको अवस्थामा परिणत हुन्छ अर्थात अवरोधात्मकता शून्य हुन पुग्छ ।

खासमा अति सुचालाकता एउटा असामान्य चुम्बकीय विशेषता देखिने अवस्था पनि हो । सन् १९३३ मा सुपर कन्डक्टरमा अनौठो चुम्बकीय गुण हुन्छ भन्ने पत्ता लागेपछि मानव जीवनमा यस्ता गुणको प्रभाव पर्न सक्छ भन्ने कुरा प्रकाशमा आयो । उदाहरणको लागि प्रसिद्द भौतिकशास्त्री अल्बर्ट आइन्स्टाइनले पनि अति सुचालाकताको सिद्दान्त दिन प्रयास गरे । यसको मुख्य कारण अति तरलता (सुपर फ्ल्यडिटी) र अति सुचालाकता बाहेक सुक्ष्म परमाणु र अणुहरुमा देखिने क्वाण्टम यान्त्रिकी गुण स्थुल स्तर (म्याक्रोस्कोपिक लेभल) मा पनि देख्‍न सकिने सम्भावना नै थियो ।

सुपर कन्डक्टरलाई बाहिरबाट प्रदान गरिएको चुम्बकीय क्षेत्रभित्र राखेर चुम्बकीय क्षेत्रको परिमाण बदल्दै जाँदा त्यसको क्रान्तिक तापक्रम पनि बदल्न सकिन्छ । कुनै पदार्थलाई अति सुचालाकताको अवस्थामा पुर्‍याउन तापक्रमलाई निकै नै तल झार्नु पर्ने, क्रान्तिक चुम्बकीय क्षेत्र, उपयुक्त चाप आदिको सहि ढंगको व्यवस्थापन गर्नुपर्ने कारण सामान्य कोठाभित्रको तापक्रम (करिब २५ डिगी सेल्सियस) मा सुपर कन्डक्टर उपलब्ध हुन कठिन देखिँदै आएको छ ।

सुपर कन्डक्टरको अनुसन्धानमा सामान्य कोठाभित्रको तापक्रममा सजिलै उपलब्ध हुन सक्ने र आर्थिक रुपले पनि सस्तो पर्ने पदार्थको खोजी र प्रविधिको विकास नै मुख्य चुनौतीको रुपमा रहँदै आएको छ ।

ओन्सले पत्ता लगाएपछि थुप्रै वैज्ञानिकले यसबारे अनुसन्धान गरे पनि ७५ वर्षको अवधिमा क्रान्तिक तापक्रम माइनस २५३ डिग्री सेल्सियस (करिब २० केल्भिन ) मा मात्र सुपर कन्डक्टर हुन सक्ने देखियो । ७७ केल्भिन र त्यो भन्दा बढि क्रान्तिक तापक्रम भएका पदार्थलाई उच्च तापक्रमीय सुपर कन्डक्टर भनिन्छ । ७७ केल्भिन उच्च तापक्रम नभए पनि यो तापक्रम सम्म नाइट्रोजनलाई सजिलै तरल अवस्थामा लैजान सकिने भएकोले यसले सुपर कन्डक्टरको अरु गुणहरुको पनि प्रयोग गर्ने बाटो खोलिदियो ।

यस भन्दा पहिले अत्यन्त चिसा प्रयोगशालाहरूमा मात्र पाइने सुपर कन्डक्टर हाम्रा अस्पतालहरुमा प्रयोग गरिने एम.आर.आई,एमईजी जस्ता अत्यन्त उपयोगी र भरपर्दा प्रविधि/ उपकरणहरुमा समेत सहज प्रयोग हुन सक्यो ।

तापक्रम जस्तै चाप पनि एउटा भौतिक परिमाण हो जसले पदार्थको अवस्थामा परिवर्तन ल्याउँछ । जस्तै प्रेसर कुकरमा खाना छिटो पकाउन सकिने कारण भनेको उच्च चापले पानीको उम्लने तापक्रममा ल्याउने वृद्धि हो । भौतिक शास्त्रमा स्थापित यस्ता सिद्धान्तलाइ ख्याल गरेर उच्च चापमा सुपर कन्डक्टिङ पदार्थको उच्च क्रान्तिक तापक्रमबारे खोजी हुनु स्वाभाविक नै हो ।

अक्टोबर १४ मा 'नेचर' जर्नलमा प्रकाशित एउटा अनुसन्धान पत्र अनुसार २६.७ लाख वायुमण्डलीय चापमा कोठाभित्रको तापक्रम अर्थात् करिब १५ डिग्री सेल्सियस (२८८ केल्भिन ) मा पनि अति सुचालाकता सम्भव हुने उल्लेख गरिएको छ । वैज्ञानिक जगतमा यो एउटा निकै ठूलो उपलब्धि हुने विश्वास गरिएको छ ।

यो नयाँ पदार्थ तीन वटा तत्व कार्बन, हाइड्रोजन र सल्फर मिलेर बनेको छ । यो अनुसन्धानमा कार्बनलाई उच्च चापमा राखि कार्बनियस सल्फर हाइड्राइट बनाइएको छ । १५ डिग्री सेल्सियस तापक्रम लगभग कोठाभित्रको सामान्य तापक्रमको नजिक हो । यदि उच्च चापलाई घटाउन सक्ने र क्रान्तिक तापक्रमलाई ४० डिग्री सेल्सियससम्म पुर्‍याउन सक्ने हो भने हामीले जनजीवनमा दैनिक प्रयोग गर्ने प्रविधिहरुमा सुपर कन्डक्टरको व्यापक प्रयोग हुन सक्ने कुरामा दुई मत छैन । नेपालमा पनि यसबारे अनुसन्धानहरु भइरहेका छन् ।

कोठाको तापक्रममा सुपर कन्डक्टर बन्न सक्ने देखिए पनि उच्च चापलाई घटाएर सहजै प्रदान गर्न सकिने चापको दायरामा नल्याउदासम्म सुपर कन्डक्टरको प्रयोग व्यापक हुन सक्ने देखिदैन । तर, यसमा भएको व्यापक अनुसन्धानलाई यो समाचारले निकै उत्साह थपेको छ र भविष्यमा उच्च चापको समस्या पनि हल हुन सक्ने सम्भावना बढेर गएको छ ।

अहिले जति पनि विद्युत प्रसार र सूचना प्रविधिसित सम्बन्धित उपकरणहरु छन् तिनीहरुमा रहेका समस्याहरुलाई मूलतः दुई भागमा राखेर हेर्न सकिन्छ ।

पहिलो समस्या भनेको ती उपकरणले विद्युत खपत गर्दा खेर जाने ऊर्जा र दोस्रो तिनीहरुमा सन्देश प्रवाह हुने गति र क्षमताको सीमितता । सुपर कन्डक्टरको सहज अवस्थामा प्रयोग हुन सक्ने हो भने ऊर्जा बचतमा उल्लेख्य सफलता मिल्ने र विद्युतीय उपकरणहरुको क्षमता वृद्धि हुँदा अनुसन्धान लगायत कयौं क्षेत्रमा प्रगति हुने मात्र होइन नयाँ युगको सुरुवात हुन सक्ने बताइन्छ ।

सुपर कन्डक्टरको सहज प्रयोग हुन सक्यो भने ऊर्जाको बचत मात्र नभएर वातावरणमा पनि निकै सकारात्मक प्रभाव पर्नेछ । हामीले प्रयोग गर्ने एमआरआई मसिनमा चाहिने सुपर कन्डक्टर तरल नाइट्रोजनमा राख्छौं । कोठाको तापक्रममा उपलब्ध सुपर कन्डक्टर पानीमा राखेर चलाउन सकिने प्रविधि विकास भयो भने हाम्रा गाउँ घर, दुर दराजका स्वास्थ्य चौकीहरुमा पनि एमआरआई सेवा उपलब्ध हुन् सक्छ ।

हाम्रो ब्रेनको गतिविधिलाई अध्ययन गर्ने पद्धति एमईजी पनि अहिले निकै लोकप्रिय बन्दैछ । यसमा दुइवटा सुपर कन्डक्टरको बीचमा एउटा पातलो कुचालक राखेर शून्य भोल्टेज दिए पनि त्यो सुपर कन्डक्टरमा विद्युत प्रवाह हुन सक्ने गुणको प्रयोग गरिएको हुन्छ ।

यसले छिट्टै ईईजीलाई प्रतिस्थापन गर्ने देखिन्छ । यस्ता प्रविधिको विकासले कुनै दिन ब्याट्री शब्द इतिहासका पानामा मात्र सीमित पनि हुन सक्छन् । अहिले चीनको सांघाई लगायतका सहरमा रेलको लिगलाई नछोइकनै कुद्‍ने तीव्र गति (५०० किमी प्रति घण्टा )को 'म्याग-लेभ' रेल जुन सुपर कन्डक्टरको गुण प्रयोग गरिएको चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोग गरी चल्छ, अब यो वातावरणीय तापक्रममा नै सम्भव हुन् सक्छ ।

विद्युतीय उपकरणहरुमा सहजै सुपर कन्डक्टर प्रयोग हुन् सक्दा ती उपकरणहरुमा सन्देश प्रवाहमा तीव्रता आउने र क्षमता वा हुने निश्चित छ । निकै चर्चा गरिएको क्वान्टम कम्प्युटरको विकासमा पनि सुपर कन्डक्टरको सहज प्रयोग हुन् सक्यो भने त्यसले गुणात्मक फड्को मार्ने देखिन्छ ।

असीमित तथ्यांक संग्रह गर्न सकिने र तीव्र गतिमा तथ्यांकको विश्लेषण गर्ने शक्तिशाली कम्प्युटरको विकासले जटिल प्रणालीहरु जस्तै खगोल विज्ञानभित्रका पिण्ड र पदार्थहरुको गतिविधि, जीवित अणुहरु ( बयोलोजिकल मोलिक्युल्स ) आदिको अध्ययन तीव्र हुनेछ ।

अति सुचालाकतामा आधारित क्वान्टम कम्प्युटरको विकासले मेडिकल क्षेत्रमा विभिन्‍न रोगहरुको निदान गर्ने प्रक्रियालाई निकै तीव्र बनाउने अनुमान गरिएको छ । यदि यो सुविधा अहिले हुन्थ्यो भने कोभिड -१९ को बारेको अनुसन्धान निकै सजिलो हुन सक्थ्यो । असीमित तथ्यांक सजिलै विश्लेषण गर्न सकिने अवस्था आयो भने अहिले व्यापक चर्चा हुने गरेको कृत्रिम बौद्धिकता (आर्टिफ़िसियल इन्टिलिजेन्स ) को प्रयोग झनै तीव्र हुने सहज अनुमान गर्न सकिन्छ ।

पर्याप्त तथ्यांकको उचित व्यवस्थापन गरेर विकास गरिने कृत्रिम बौद्धिकताको युगमा प्रवेश गर्दै गर्दा सुपर कन्डक्टरको सहज प्रयोगको सम्भावना बढ्दै जानु निकै सुखद संयोग मान्नु पर्छ ।

(प्राध्यापक नारायणप्रसाद अधिकारी त्रिवि भौतिक शास्त्र केन्द्रीय विभागमा अध्यापन र अनुसन्धानमा संलग्न छन् । राजेन्द्रप्रसाद अधिकारी प्रकृति विज्ञान र समाज विज्ञानको 'अन्तर्सम्बन्ध ' बारे अध्ययनमा रुचि राख्छन् ।)