অতি নিম্ন উষ্ণতাত পদাৰ্থৰ অৱস্থা আৰু অৱস্থাৰ পৰিৱৰ্তন

অতি নিম্ন উষ্ণতাত কেৱল দৈৰ্ঘ্য আৰু প্ৰস্থ থকা পদাৰ্থৰ সংস্থিতি অৱস্থা আৰু সাংস্থিতিক অৱস্থাৰ পৰিৱৰ্তনৰ আৱিষ্কাৰৰ বাবে ২০১৬ চনৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বটাঁ আমেৰিকা যুক্তৰাজ্যৰ বিজ্ঞানী ডেভিদ জে থলেছ আৰু এফ ডানকান এম হেলডেনৰ লগতে জে মাইকেল কষ্টাৰলজিক প্ৰদান কৰা হয়।এওঁলোকৰ গৱেষণালব্ভ আৱিষ্কাৰে অতি ক্ষুদ্ৰ পৰিবাহী পদাৰ্থ দ্ৰব্যৰ লগতে পৰৱৰ্তী পৰ্যায়ত কোৱাণ্টাম কম্পিউটাৰ প্ৰদান কৰাত সহায়ক হ’ব।

মানৱ সভ্যতাৰ ইতিহাসত অতিপৰিবাহিতাৰ গৱেষণাই প্ৰাধান্য বিস্তাৰ কৰাৰ লগে লগে শক্তিৰ উৎসবিহীন কাৰুকাৰ্যই চমক লগাব।বিদ্যুৎ নোহোৱালৈকে টেলিভিছন ,কম্পিউটাৰ ,ফেন আদি চলি থাকিব।অতি পৰিবাহিতা হ’ল নিম্ন উষ্ণতাত বৈদ্যুতিক পৰিবাহী পদাৰ্থৰ অত্যধিক বৈদ্যুতিক প্ৰৱাহ পঠিওৱা পৰিঘটনা যাৰ বৈদ্যুতিক  প্ৰতিবাধা নাথাকে।বৈদ্যুতিক প্ৰৱাহ হ’ল মুলত: আধানৰ সোঁত।এবাৰ আধান বোৱাই দিলে,সি বহু সময় ধৰি কাৰ্যক্ষম হৈ থাকিব।ওঠৰ শতিকাত ফৰাচী বিজ্ঞানী চাৰ্লছ ডুফে পোন প্ৰথমতে পদাৰ্থৰ আধান দুই প্ৰকাৰৰ বুলি ঘোষণা কৰিছিল আৰু তাৰ পিছতে মাৰ্কিন বিজ্ঞানী তথা পণ্ডিত,ৰাজনীতিজ্ঞ বেঞ্জামিন ফ্ৰংকলিনে এই দুই প্ৰকাৰৰ আধানকে ধনাত্মক আৰু ঋণাত্মক বুলি অভিহিত কৰিছিল। আচলতে,পদাৰ্থ এবিধ আধানৰে আৰ্হিত হোৱা ব্যাখ্যাটো পদাৰ্থবিধৰ পাৰমাণৱিক গঠন সজ্জাৰ পৰা স্পষ্ট হৈ পৰে।মুলত: পদাৰ্থ পৰমাণু কেন্দ্ৰত ধনাত্মক আধান প্ৰ’টন আৰু আধানহীন নিউট্ৰন কণা নিউক্লয়াছ হিচাপে বান্ধ খাই থাকে।ইয়াৰ চাৰিওফালে কিছুমান নিৰ্দিষ্ট কক্ষপথত ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেক্ট্ৰন কণিকা ঘুৰি থাকে।ইলেক্ট্ৰন আধানৰ পৰিমাণ প্ৰ’টন আধানৰ পৰিমাণৰ সমান যদিও বিপৰীতধৰ্মী হোৱা হেতুকে সাধাৰণ অৱস্থাত পৰমাণু এটা বৈদ্যুতিকভাৱে উদাসীন হৈ থাকে।কিন্তু ঘৰ্ষণ ,ৰাসায়নিক ,তাপন ক্ৰিয়া আদিৰদ্বাৰা কোনো পদাৰ্থ পৰমাণুৰপৰা ইলেক্ট্ৰ্ন পৃথক কৰিব পাৰিলে ই ধনাত্মক ভাৱে আহিত হয়।আনহাতে বিচ্ছিন্ন হোৱা ইলেক্ট্ৰন যদি আন কোনো পদাৰ্থ পৰমাণুৰ সৈতে সংযুক্ত হয় ,সেই পৰমাণুত ইলেকক্ট্ৰন সংখ্যা বৃদ্ধি হয়,অৰ্থাৎ পদাৰ্থ পৰমাণুটো ঋণাত্মকভাৱে আহিত হয়।গতিকে ,পৰমাণু বিজ্ঞানীসকলে ক’ব বিচাৰিছে যে ইলেক্ট্ৰন হ’ব মুখ্য আধান বাহক।আধানৰ মান একোটা ইলেক্ট্ৰন আধানৰ অখণ্ড গণিতক।গতিক, আধান অবিচ্ছিন্ন হিচাপে নাথাকে।বিচ্ছিন্ন স্তুপ (discrete packets)হিচাপেহে থাকে।আধানৰ কোৱাণ্টিকৰণ প্ৰকৃতি এক শাশ্বত বিধি।

সাধাৰণতে, কঠিন অৱস্থাত থকা ধাতৱ পদাৰ্থৰ পৰমাণুবোৰ এক নিৰ্দিষ্ট বিন্যাসত অৱস্থান কৰে আৰু এই অৱস্থাত ইলেক্ট্ৰন মুক্ত অৱস্থাত থাকে।ফলত পৰমাণুসমুহ ধনাত্মক আৰ্হিত আয়নত পৰিণত হয়।গৱেষণাগাৰত পৰীক্ষা কৰি দেখা গৈছে যে কোনো ধাতৱ পদাৰ্থৰ একোটা পৰমাণু যদি একোটাকৈ মুক্ত ইলেক্ট্ৰন থাকে,তেন্তে এক ঘন মিটাৰত তিনি কোটি মুক্ত ইলেক্ট্ৰন থাকিব পাৰে।সাধাৰণ ৬০ ৱাট ক্ষমতাৰ বৈদ্যুতিক ৱালব এটাৰ ফিলামেণ্টত প্ৰতি ছেকেণ্ডত ১৭ হাজাৰ নিযুত মৌলিক আধান (ইলেক্ট্ৰন) প্ৰৱেশ কৰে আৰু নিৰ্গমন কৰে বাবে বালবটো জ্বলি থাকে।

অৱশ্যে মাৰ্কিন বিজ্ঞানী লিঅ’ এন কুপাৰৰ মতে,কিছুমান ধাতৱ পদাৰ্থত মুক্ত ইলেকক্ট্ৰনবোৰ গাইগুটীয়াকৈ থকাটো সম্ভৱ নহয়।ইহঁত যোৰ হিচাপে অবিৰাম গতিত ইফালে সিফালে গতি কৰাটো থকাটো সম্ভৱ বুলি ব্যক্ত কৰে বিজ্ঞানে কুপাৰে।যাক কুপাৰ পিয়াৰ বোলা হয়।ইলেক্ট্ৰনসমুহৰ এনে যোৰ পাতি থকা কুপাৰ পিয়াৰ অৱস্থাক বিজ্ঞানীসকলে বিশেষকৈ বাৰ্ডিন ,কুপাৰ আৰু শ্ৰিফাৰে ঘনীভুত ইলেক্ট্ৰন বুলি নামকৰণ কৰিছিল।অতি নিম্ন উষ্ণতাত ধাতুৰ বিদ্যুৎ পৰিবাহী তত্ত্ব (যাক BCS)তত্ত্ব বুলি জনা যায়)ৰ গৱেষণা কৰা তিনিওজন বিজ্ঞানীক ১৯৭২ চনৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বটাঁ প্ৰদান কৰা হয়।মুক্তভাৱে থকা কুপাৰ পিয়াৰসমুহৰ সংখ্যা আৰু সিহঁতৰ গতিবেগৰ দিশৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে পদাৰ্থৰ পৰিবাহিতা ধৰ্ম।যিবোৰ পদাৰ্থত মুক্ত কুপাৰ পিয়াৰৰ সংখ্যা যথেষ্ট পৰিমাণে থাকে,তেনেবোৰ পদাৰ্থ অতিপৰিবাহী হয়।প্লাষ্টিক ,ৰবৰ কাঠ আদিত মুক্ত কুপাৰ পিয়াৰ প্ৰায় নাথাকেই হেতু সেইবোৰ অন্তৰক বা অপৰিবাহী পদাৰ্থ।আনহাতে,ঊণ,ছিলিকন,জাৰ্মেনিয়াম আদি অতি কমসংখ্যক মুক্ত কুপাৰ পিয়াৰ থাকে কাৰণে সেইবোৰ অৰ্দ্ধপৰিবাহী পদাৰ্থ,যাৰ বিদ্যুৎ পৰিবাহিতা অতি কম।বিজ্ঞানী কুপাৰে নিশ্চিত হ’ল যে পদাৰ্থৰ পৰিবাহিতা গুণ মুক্ত কুপাৰ পিয়াৰৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰে।

উষ্ণতা কমিলে প্ৰায়বোৰ কঠিন তথা ধাতৱীয় পৰিবাহী পদাৰ্থৰ ৰোধ অৰ্থাৎ বৈদ্যুতিক প্ৰতিবাধা কম হোৱাৰ বাবে পৰিবাহিতা বাঢ়ে।খ্ৰী:১৯১১ চনত লিডেন বিশ্ববিদ্যালয়ৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানী এইচ কমাৰলিং অ’নেছে অতি পৰিবাহী পদাৰ্থ হিচাপে পাৰা গৱেষণাগাৰত পৰীক্ষা কৰি দেখুৱাইছিল যে পৰম শুন্য উষ্ণতাত মানে –‘২৭৩’ডিগ্ৰী ছেলচিয়াছ উষ্ণতা পোৱাৰ আগতে পাৰাৰ দৰে আৰু চৌব্বিছ বিধ ধাতৱ পদাৰ্থৰ ৰোধ শুন্য হৈ পৰে।এই অৱস্থাত ইহঁত অতিপৰিবাহী হৈ পৰে।১৯১৩ চনত নেদাৰলেণ্ডৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানী হেইক কমাৰলিং অ’নছেক নিম্ন উষ্ণতাত পাৰাৰ ৰোধৰ বিষয়ে কৰা গৱেষণাই জুলীয়া হিলিয়াম উৎপাদনৰ বাবে পথ মুকলি কৰা গৱেষণাৰ কাৰণে পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বঁটা প্ৰদান কৰা হয়।বিজ্ঞানী কমাৰলিং অ’নেছৰ গৱেষণামুলক পৰীক্ষাৰ সুদীৰ্ঘ দুকুৰি বছৰ পিছত আমেৰিকান পদাৰ্থ বিজ্ঞানী তথা গৱেষকত্ৰয় জন বাৰদিন ,লিঅ’ন কুপাৰ আৰু জন আৰু স্কোৰিফাৰে তাত্ত্বিকভাৱে সুক্ষ্মদৰ্শীয় কৌশল অৰ্থাৎ কোৱাণ্টাম কৌশল প্ৰয়োগ কৰি বি চি এছ তত্ত্বটো উদ্ভাৱন কৰাৰ লগতে প্ৰায়োগিক ক্ষেত্ৰত মেগনেছিয়াম ডাইব’ৰাইট নামৰ অতি পৰিবাহী পদাৰ্থৰ তাঁৰ প্ৰস্তুত কৰাৰ প্ৰযুক্তি উদ্ভাৱনত অৰিহনা যোগাইছিল।এনে ধৰণৰ অতি পৰিবাহী ধাতৱ পদাৰ্থৰে তৈয়াৰী তাঁৰৰ মাজেৰে বিদ্যুৎ প্ৰৱাহ চালিত কৰিলে অৰ্থাৎ আৰ্হিত আধানৰ সঞ্চালন হ’লে অকণো হেৰ –ফেৰ নোহোএআকৈ বিদ্যু প্ৰৱাহ চালিত হৈ থাকে।যিহেতু তাৰ প্ৰতিবাধা (Impedance)নাথাকে।অতি পৰিবাহী পদাৰ্থৰ আন এটা সুবিধা হ’ল এই যে ইয়াৰ মাজেৰে বিদ্যু প্ৰৱাহ চালিত হৈ থাকোঁতে বৰ বেছি তাপৰ উদ্ভৱ নহয়,যদিও ই কাৰ্যক্ষেত্ৰত উচ্চ প্ৰাবল্যৰ চুম্বক ক্ষেত্ৰৰদ্বাৰা প্ৰভাৱিত হয়।অতি পৰিবাহী পদাৰ্থৰ মাজত চুম্বকীয় প্ৰাবল্যৰ মান শুন্য হৈ পৰা পৰিঘটনাটোক মেইছনাৰ প্ৰক্ৰিয়া বোলা হয়।এনে অৱস্থাত  বৈদ্যুতিক প্ৰৱাহৰ তাপন ক্ৰিয়া ‘জুলৰ সুত্ৰ’ অচল হৈ পৰে ।ফলত শক্তিৰ এক বুজন অংশৰ অপব্যয় (নষ্ট)নহয়।কাৰ্যত: পৰিবাহী পদাৰ্থৰ ৰোধ অতি কম হ’লে বৈদ্যুতিক শক্তিৰ অপচয় নঘটে।সেয়েহে ইয়াৰ ব্যৱহাৰিক ক্ষেত্ৰত ব্যাপক প্ৰয়োগ সম্ভৱ হ’ব বুলি ধাৰণা কৰাৰ থল আছে।ইতিমধ্যে বৈদ্যুতিক চাবি হিচাপে(পাৰা) আৰু কম্পিউটাৰৰ স্মৃতি সঞ্চয়নৰ ক্ষেত্ৰত অতি পৰিবাহী পদাৰ্থ ব্যৱহাৰ কৰি অহা হৈছে।খ্ৰী: ১৯৮৬ চনত ছুইজাৰলেণ্ডৰ জুৰিক বিশ্ববিদ্যালয়ত গৱেষণা কৰি বিজ্ঞানী জৰ্জ বেডনৰোজ আৰু বিজ্ঞানী অলে’ মুলাৰে’-২৫৪’ ডিগ্ৰী ছেলচিয়াছ  উষ্ণতাত টাইনোৰোডিয়াম জাৰ্মেনিয়াম নামৰ আন এবিধ যৌগিক পদাৰ্থৰ অতি পৰিবাহিতা আৱিষ্কাৰ কৰে।বিজ্ঞানী বেডনৰোজ আৰু মুলাৰৰ গৱেষণাৰ আঁত ধৰি বৰ্তমান ভাৰতবৰ্ষত গঢ়ি উঠা বহুকেইটা গৱেষণাৰ প্ৰতিষ্ঠানত অতিপৰিবাহিতাৰ বিষয়ে গৱেষণা চলি আছে।অসমৰ তেজপুৰ কেন্দ্ৰীয় বিশ্ববিদ্যালয়কে ধৰি উল্লেখযোগ্য ভাৱে বাংগালোৰত থকা বিখ্যাত গৱেষণা প্ৰতিষ্ঠান ইণ্ডিয়ান ইনষ্টিটিউট অব ছায়েন্সৰ সঞ্চালক প্ৰধান ড চি এন আৰ ৰাওৰ গৱেষক দলটোৱে নেতৃত্ব বহন কৰি আছে।

ভাৰত চৰকাৰৰ মিনিষ্ট্ৰি অব নিউ এণ্ড ৰিনিৱেবুল এনাৰ্জি বিভাগটোৱে অতি পৰিবাহী প্ৰযুক্তিৰ বিকাশ আৰু প্ৰয়োগৰ ক্ষেত্ৰত এখন প্ৰ’গ্ৰেম পৰিচালনা ব’ৰ্ড গঠন কৰি এক সুনিশ্চিত ব্যৱস্থা গ্ৰহণ কৰিছে,যাতে অতি পৰিবাহী প্ৰযুক্তি আন্ত:ৰাষ্ট্ৰীয় বজাৰত উলিয়াই দিব পৰা যায়।ভাৰত চৰকাৰৰ একান্ত সহযোগিতাত একৈছ শতিকাৰ দ্বিতীয় দশকৰ ভিতৰতে অতি পৰিবাহী প্ৰযুক্তি ভাৰতবৰ্ষ স্বাৱলম্বী হ’ব পাৰিব বুলি আশা কৰা হৈছে।

সাধাৰণ ধাতুৰ মাজেৰে বৈ যোৱা বিদ্যুৎ প্ৰৱাহৰ মান বেছি হলে তাত উদ্ভৱ হোৱা তাপৰ পৰিমাণ (জুলৰ সুত্ৰ অনুসৰি) বাঢ়ে।কিন্তু বিশুদ্ধ অতিপৰিবাহী পদাৰ্থৰ মাজেৰে বিদ্যুৎ প্ৰৱাহ চালিত হওঁতে অতি পৰিবাহী পদাৰ্থৰ উদ্ভৱ হোৱা তাপৰ পৰিমাণ কমে।অতিপৰিবাহিতাৰ এই ধৰ্মটো নিম্ন উষ্ণতাত ব্যৱহাৰ কৰি তাপীয় চাবি প্ৰয়োগ কৰা হয়।নিম্ন উষ্ণতাত অতি পৰিবাহিতাৰ ব্যাখ্যা আগবঢ়োৱা হেতু  ২০০৩ চনত ৰুছদেশৰ পদাৰ্থ বিজ্ঞানীদ্বয় এনেক্সি এব্ৰিক’ছভ আৰু ভিটালি জিনবাৰ্গৰ লগতে বৃটেইনৰ বৃটেইনৰ পদাৰ্থবিদ এন্থনী লোগেটক পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বঁটা প্ৰদান কৰা হয়।

বিদ্যুৎ চুম্বক ব্যৱহৃত  অতি পৰিবাহী পদাৰ্থ শক্তি ধৰি ৰাখিব পৰা টোকামেক যন্ত্ৰ,কণিকাত্বৰক যন্ত্ৰত আৰু চুম্বকীয় অনুনাদ প্ৰতিবিম্বন (MRI)প্ৰক্ৰিয়াত ব্যৱহাৰ কৰা হয়,চিকিৎসা সেৱাৰ ক্ষেত্ৰত MRI ৰ ব্যৱহাৰ পদ্ধতি উদ্ভাৱনৰ বাবে ইংলেণ্ডৰ গৱেষক পিটাৰ মেনছফিন্দ্ৰ আৰু ইলিন’ইৰ পল লটাৰবুৰক ২০০৩ চনৰ চিকিৎসা বিজ্ঞানৰ ,প্ৰকৃততে ভেষজ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বঁটা আগবঢ়োৱা হয়।সম্প্ৰতি,বিদ্যুৎ চুম্বক ব্যৱহৃত অতিপৰিবাহী পদাৰ্থৰে নিৰ্মিত চুম্বকীয় ভাসমান বাহন মেগলভ ৰেলগাড়ী MLU002 জাপান প্ৰযুক্তিৰে সাজি উলিয়াইছে।৪৪ জন যাত্ৰী কঢ়িয়াব পৰা মেগনেভ ৰেলগাড়ীখনৰ বেগ এখন উৰাজাহাজৰ সমান অৰ্থাৎ প্ৰতি ঘণ্টাত প্ৰায় ৪২০ কিলোমিটাৰ।

খ্ৰী: ১৯০৮ চনত বিজ্ঞানী কমাৰলিং অ’নেছে হিলিয়াম গেছক জুলীয়া অৱস্থালৈ ৰুপান্তৰ কৰিবলৈ সক্ষম হৈছিল।তেওঁ নানা ধৰণৰ পৰীক্ষা –নিৰীক্ষা কৰি এইটো প্ৰতিপন্ন কৰিলে যে ‘বেছি চাপ প্ৰয়োগ কৰি উচ্চ উষ্ণতাত জুলীয়া হিলিয়ামক গোট মৰাব পাৰি’। (যিহেতু ১৪০ বায়ুমণ্ডলীয় চাপত ৪.২ ডিগ্ৰী কেলভিন উষ্ণতাত হিলিয়াম গোট মাৰে।)কিন্তু বিজ্ঞানী অ’নেছে হিলিয়ামৰ কঠিন,জুলীয়া আৰু গেছীয় অৱস্থাৰ ত্ৰী বিন্দু নাপালে।তেওঁৰ পৰীক্ষা মতে জুলীয়া হিলিয়াম দুটা ৰুপত থাকে।২.২ ডিগ্ৰী কেলভিন উষ্ণতাত থকা হিলিয়াম ২ –ক আৰু তাতকৈ বেছি উষ্ণতাৰ তৰল হিলিয়ামক হিলিয়াম -১ বুলি নামকৰণ কৰা হ’ল,যাক সাধাৰণতে হিলিয়াম আইছ’টোপ (প্ৰ’টন সংখ্যা একে,কিন্তু নিউট্ৰন স্ংখ্যা ভিন্ন)বুলি জনা যায়। অৱশ্যে তাত্ত্বিক দিশক হিলিয়াম ১ আৰু হিলিয়াম ২ ৰ কোৱাণ্টাম ধৰ্ম কিছু বেলেগ।বিজ্ঞানী ডেভিড এম লী ড’গলাছ ডি অশ্ৰৰফ আৰু ৰবাৰ্ট ছি ৰিচাৰ্ডচনে তৰল হিলিয়াম-৩ ৰ কোৱাণ্টাম তৰলতাৰ সম্পৰ্কত কৰা গৱেষণাৰ বাবে তিনিওগৰাকী বিজ্ঞানীক ১৯৯৬ চনত পদাৰ্থ বিজ্ঞানৰ ন’বেল বঁটা প্ৰদান কৰা হয়।দৰাচলতে,জুলীয়া হিলিয়াম নিম্ন উষ্ণতাত অতি তৰল অৱস্থাপ্ৰাপ্ত হয়।এনেকুৱা হিলিয়ামত অতি পৰিবাহী ধাতু সীহৰ ৰিং সাজি ডুবাই থৈ চুম্বকৰ সহায়ত বৈদ্যুতিক ৰিংটোত এবাৰ প্ৰৱাহ বোৱাই দিলে, সেই প্ৰৱাহ দিনৰ পিছত দিন ধৰি নিজে নিজে বৈ থাকে।সাম্প্ৰ্তিক সময়ত বিদ্যুতৰ যি নাটনি এনেবোৰ প্ৰক্ৰিয়া পদ্ধতি আমাৰ নিত্য ব্যৱহাৰ্য আচবাব,যেনে-ৰেডিঅ’,টেলিভিছন ,ৰেফ্ৰিজাৰেটৰ আদিত ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰিলে হয়তো ইয়াৰ কিছু জোৰা মাৰিব পৰা হ’ব আৰু নিশ্চয় আমিও আৰ্থিকভাৱে কিছু পৰিমাণে  লাভৱান হ’ব পাৰিম।

আধুনিক গৱেষণাগাৰত কিন্তু তৰল গেছৰ ব্যৱহাৰ দিনকদিনে বাঢ়ি আহিছে। তদুপৰি উদ্যোগসমুহত তৰল বায়ুৰ পৰা বিভিন্ন প্ৰকাৰৰ গেছ উৎপাদন কৰিব পৰা হৈছে।আজিকালি তৰল অক্সিজেন আৰু হাইড্ৰ’জেন গেছ যথাক্ৰমে কৃত্ৰিম উপগ্ৰহ কঢ়িয়াই লৈ যোৱা ৰকেট আৰু জেট ইঞ্জিনত ইন্ধন হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰা হয়।

লেখক: মহানন্দ পাঠক (দৈনিক অসম)