ধাতুর অতিপরিবাহীতা, Heike Kamerling-Onnes এর আবিষ্কার
সুপারকন্ডাক্টিভিটির প্রপঞ্চটি জুড়ে প্রথম আসা হেইক কামারলিং ওনেস - ডাচ পদার্থবিদ এবং রসায়নবিদ। ঘটনাটি আবিষ্কারের বছর ছিল 1911। এবং ইতিমধ্যে 1913 সালে, বিজ্ঞানী তার গবেষণার জন্য পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পাবেন।
অতি-নিম্ন তাপমাত্রায় পারদের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের একটি অধ্যয়ন পরিচালনা করে, তিনি নির্ণয় করতে চেয়েছিলেন যে বৈদ্যুতিক প্রবাহের প্রতি পদার্থের প্রতিরোধ ক্ষমতা কোন স্তরে নেমে যেতে পারে যদি এটি অমেধ্য পরিষ্কার করা হয় এবং যতটা সম্ভব কমাতে পারে কী হতে পারে। ডাকা "তাপীয় শব্দ", অর্থাৎ এই পদার্থের তাপমাত্রা কমাতে। ফলাফল অপ্রত্যাশিত এবং চমকপ্রদ ছিল. 4.15 কে-এর নিচে তাপমাত্রায়, হঠাৎ করেই পারদের প্রতিরোধ ক্ষমতা সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে যায়!
নিচে ওনেস যা পর্যবেক্ষণ করেছেন তার একটি গ্রাফ রয়েছে।
সেই দিনগুলিতে, বিজ্ঞান ইতিমধ্যে অন্তত এতটা জানত ধাতু মধ্যে বর্তমান ইলেকট্রন প্রবাহ হয়, যা তাদের পরমাণু থেকে পৃথক করা হয় এবং চার্জযুক্ত গ্যাসের মতো বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা বাহিত হয়।এটি বাতাসের মতো যখন বায়ু উচ্চ চাপের এলাকা থেকে নিম্নচাপের এলাকায় চলে যায়। শুধুমাত্র এখন, কারেন্টের ক্ষেত্রে, বাতাসের পরিবর্তে, মুক্ত ইলেকট্রন রয়েছে এবং তারের প্রান্তের মধ্যে সম্ভাব্য পার্থক্য বায়ু উদাহরণের জন্য চাপের পার্থক্যের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ।
ডাইলেট্রিক্সে, এটি অসম্ভব, কারণ ইলেকট্রনগুলি তাদের পরমাণুর সাথে শক্তভাবে আবদ্ধ থাকে এবং তাদের স্থান থেকে ছিঁড়ে ফেলা খুব কঠিন। এবং যদিও ধাতুগুলির মধ্যে ইলেকট্রনগুলি অপেক্ষাকৃত মুক্তভাবে চলমান বর্তমান, তারা মাঝে মাঝে স্পন্দিত পরমাণুর আকারে বাধাগুলির সাথে সংঘর্ষ করে এবং এক ধরণের ঘর্ষণ ঘটে যাকে বলা হয় বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের.
কিন্তু অতি-নিম্ন তাপমাত্রায় এটি নিজেকে প্রকাশ করতে শুরু করে অতিপরিবাহীতা, ঘর্ষণ প্রভাব কিছু কারণে অদৃশ্য হয়ে যায়, কন্ডাকটরের প্রতিরোধ শূন্যে নেমে যায়, যার মানে ইলেকট্রনগুলি সম্পূর্ণ অবাধে, নিরবচ্ছিন্নভাবে চলাচল করে। কিন্তু কিভাবে এই সম্ভব?
এই প্রশ্নের উত্তর খুঁজতে পদার্থবিদরা গবেষণা করে গেছেন কয়েক দশক। এবং আজও, সাধারণ তারগুলিকে "সাধারণ" তারগুলি বলা হয়, যখন শূন্য প্রতিরোধের অবস্থায় পরিবাহীকে "সুপারকন্ডাক্টর" বলা হয়.
এটি লক্ষ করা উচিত যে যদিও সাধারণ পরিবাহী তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে, তামা, এমনকি বেশ কয়েকটি কেলভিন তাপমাত্রায়ও, একটি সুপারকন্ডাক্টর হয়ে ওঠে না এবং পারদ, সীসা এবং অ্যালুমিনিয়াম করে, তাদের প্রতিরোধের ক্ষমতা কমপক্ষে একশ ট্রিলিয়ন হয়ে যায়। একই অবস্থার অধীনে তামার তুলনায় গুণ কম।
এটি লক্ষণীয় যে ওনেস অপ্রমাণিত দাবি করেননি যে স্রোত অতিক্রম করার সময় পারদের প্রতিরোধ ঠিক শূন্য হয়ে গিয়েছিল এবং কেবল এতটা কমে যায়নি যে সেই সময়ের যন্ত্র দিয়ে এটি পরিমাপ করা অসম্ভব হয়ে পড়েছিল।
তিনি একটি পরীক্ষা স্থাপন করেছিলেন যাতে তরল হিলিয়ামে নিমজ্জিত একটি সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলের কারেন্ট জিনিটি বাষ্পীভূত না হওয়া পর্যন্ত সর্বত্র সঞ্চালিত হতে থাকে। কম্পাস সুই, যা কুণ্ডলীর চৌম্বক ক্ষেত্রের অনুসরণ করে, একেবারে বিচ্যুত হয়নি! 1950 সালে, এই ধরণের আরও নির্ভুল পরীক্ষা দেড় বছর স্থায়ী হবে এবং এত দীর্ঘ সময় থাকা সত্ত্বেও কারেন্ট কোনওভাবেই কমবে না।
প্রাথমিকভাবে, এটি জানা যায় যে একটি ধাতুর বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের তাপমাত্রার উপর উল্লেখযোগ্যভাবে নির্ভর করে, আপনি তামার জন্য এই ধরনের একটি গ্রাফ তৈরি করতে পারেন।
তাপমাত্রা যত বেশি হবে, পরমাণুগুলি তত বেশি কম্পন করবে। পরমাণুগুলি যত বেশি কম্পন করবে, তড়িৎ প্রবাহিত ইলেকট্রনগুলির পথে তারা তত বেশি গুরুত্বপূর্ণ বাধা হয়ে উঠবে। যদি ধাতুর তাপমাত্রা হ্রাস পায়, তবে এর প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পাবে এবং একটি নির্দিষ্ট অবশিষ্ট প্রতিরোধের R0 এর কাছে যাবে। এবং এই অবশিষ্ট প্রতিরোধ, যেমন এটি পরিণত, নমুনার রচনা এবং "পরিপূর্ণতা" উপর নির্ভর করে।
আসল বিষয়টি হ'ল ধাতুর তৈরি যে কোনও নমুনায় ত্রুটি এবং অমেধ্য পাওয়া যায়। এই নির্ভরতা 1911 সালে সর্বোপরি আগ্রহী ব্যক্তিরা, প্রাথমিকভাবে তিনি অতিপরিবাহীতার জন্য প্রচেষ্টা করেননি, তবে কেবলমাত্র তার অবশিষ্ট প্রতিরোধকে হ্রাস করার জন্য কন্ডাক্টরের এমন একটি ফ্রিকোয়েন্সি অর্জন করতে চেয়েছিলেন।
সেই বছরগুলিতে, পারদকে শুদ্ধ করা সহজ ছিল, তাই গবেষক দুর্ঘটনাক্রমে এটিকে জুড়ে এসেছিলেন, যদিও প্ল্যাটিনাম, সোনা এবং তামা সাধারণ তাপমাত্রায় পারদের চেয়ে ভাল পরিবাহী, তাদের বিশুদ্ধ করা আরও কঠিন।
তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে সাথে, সুপারকন্ডাক্টিং অবস্থা হঠাৎ করে একটি নির্দিষ্ট মুহুর্তে ঘটে যখন তাপমাত্রা একটি নির্দিষ্ট জটিল স্তরে পৌঁছায়। এই তাপমাত্রাকে ক্রিটিক্যাল বলা হয়, যখন তাপমাত্রা আরও নিচে নেমে যায়, তখন প্রতিরোধ ক্ষমতা তীব্রভাবে শূন্যে নেমে আসে।
নমুনা যত বেশি বিশুদ্ধ, তত তীক্ষ্ণ ড্রপ, এবং বিশুদ্ধতম নমুনাগুলিতে এই ড্রপটি এক ডিগ্রির একশত ভাগেরও কম ব্যবধানে ঘটে, তবে নমুনাটি যত বেশি দূষিত হবে, ড্রপ তত বেশি হবে এবং দশ ডিগ্রিতে পৌঁছে যাবে, এটি বিশেষত মধ্যে লক্ষণীয় উচ্চ তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টর.
নমুনার সমালোচনামূলক তাপমাত্রা তীক্ষ্ণ ড্রপের ব্যবধানের মাঝখানে পরিমাপ করা হয় এবং প্রতিটি পদার্থের জন্য পৃথক: পারদের জন্য 4.15K, নাইওবিয়ামের জন্য, 9.2K, অ্যালুমিনিয়ামের জন্য, 1.18K ইত্যাদি। সংকর ধাতুগুলি একটি পৃথক গল্প, তাদের অতিপরিবাহীতা পরে ওনেস আবিষ্কার করেছিলেন: সোনার সাথে পারদ এবং টিনের সাথে পারদ ছিল প্রথম সুপারকন্ডাক্টিং অ্যালয় যা তিনি আবিষ্কার করেছিলেন।
উপরে উল্লিখিত হিসাবে, বিজ্ঞানী তরল হিলিয়ামের সাথে শীতল করার কাজটি করেছিলেন। যাইহোক, ওনেস তার নিজস্ব পদ্ধতি অনুসারে তরল হিলিয়াম পেয়েছিলেন, যা তার নিজস্ব বিশেষ পরীক্ষাগারে বিকশিত হয়েছিল, সুপারপরিবাহীতার ঘটনা আবিষ্কারের তিন বছর আগে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল।
সুপারকন্ডাক্টিভিটির পদার্থবিদ্যা সম্পর্কে কিছুটা বোঝার জন্য, যা নমুনার একটি গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রায় ঘটে যাতে প্রতিরোধ শূন্যে নেমে আসে, এটি উল্লেখ করা উচিত ফেজ রূপান্তর… স্বাভাবিক অবস্থা, যখন ধাতুর স্বাভাবিক বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে, তখন স্বাভাবিক পর্যায়। সুপারকন্ডাক্টিং ফেজ — এই অবস্থা যখন ধাতু শূন্য প্রতিরোধের আছে. এই পর্যায়ের রূপান্তরটি গুরুতর তাপমাত্রার পরপরই ঘটে।
ফেজ ট্রানজিশন কেন ঘটে? প্রাথমিক "স্বাভাবিক" অবস্থায়, ইলেকট্রনগুলি তাদের পরমাণুতে আরামদায়ক, এবং যখন এই অবস্থায় একটি তারের মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, তখন উত্সের শক্তি ব্যয় হয় কিছু ইলেকট্রনকে তাদের পরমাণু ছেড়ে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সাথে চলতে শুরু করতে বাধ্য করার জন্য, যদিও তাদের পথে বাধার সম্মুখীন হয়।
যখন তারকে গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রার নিচের তাপমাত্রায় ঠান্ডা করা হয় এবং একই সময়ে এর মাধ্যমে একটি কারেন্ট প্রতিষ্ঠিত হয়, তখন এই কারেন্টে থাকা ইলেকট্রনগুলির (শক্তির অনুকূল, শক্তি সস্তা) জন্য এটি আরও সুবিধাজনক হয়ে ওঠে এবং মূলে ফিরে আসা। "স্বাভাবিক" অবস্থা, এই ক্ষেত্রে এটি প্রয়োজন হবে, কোথাও থেকে অতিরিক্ত শক্তি পেতে, কিন্তু এটি কোথাও থেকে আসে না। অতএব, সুপারকন্ডাক্টিং অবস্থা এতটাই স্থিতিশীল যে এটি পুনরায় গরম না হলে পদার্থ এটি ছেড়ে যেতে পারে না।
আরো দেখুন:Meissner প্রভাব এবং এর ব্যবহার