यहां, हम दो प्रकार के यूटीई 2 क्रिस्टल को संश्लेषित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं: जो रासायनिक वाष्प परिवहन संश्लेषण के माध्यम से मजबूत सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करते हैं, और पिघले हुए धातु फ्लक्स संश्लेषण के माध्यम से सुपरकंडक्टिविटी की कमी होती है।
एक्टिनाइड यौगिक यूरेनियम डाइटेल्यूराइड, यूटीई 2 के एकल क्रिस्टल नमूने, इसके नाटकीय अपरंपरागत सुपरकंडक्टिविटी के अध्ययन और लक्षण वर्णन के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं, माना जाता है कि स्पिन-ट्रिपल इलेक्ट्रॉन युग्मन शामिल है। साहित्य में रिपोर्ट किए गए यूटीई 2 के सुपरकंडक्टिंग गुणों में एक किस्म इंगित करती है कि संश्लेषण विधियों के बीच विसंगतियां विभिन्न सुपरकंडक्टिंग गुणों के साथ क्रिस्टल उत्पन्न करती हैं, जिसमें पूरी तरह से सुपरकंडक्टिविटी की अनुपस्थिति भी शामिल है। यह प्रोटोकॉल क्रिस्टल को संश्लेषित करने की एक प्रक्रिया का वर्णन करता है जो रासायनिक वाष्प परिवहन के माध्यम से सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करता है, जिसने लगातार 1.6 K के सुपरकंडक्टिंग महत्वपूर्ण तापमान और एक बहु-घटक आदेश पैरामीटर का संकेत देने वाला एक डबल संक्रमण प्रदर्शित किया है। इसकी तुलना एक दूसरे प्रोटोकॉल से की जाती है जिसका उपयोग पिघले हुए धातु फ्लक्स विकास तकनीक के माध्यम से क्रिस्टल को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है, जो उन नमूनों का उत्पादन करता है जो थोक सुपरकंडक्टर नहीं हैं। क्रिस्टल गुणों में अंतर संरचनात्मक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक संपत्ति माप की तुलना के माध्यम से प्रकट होते हैं, यह दिखाते हुए कि नमूनों के कम तापमान वाले विद्युत प्रतिरोध में सबसे नाटकीय असमानता होती है।
आमतौर पर कमरे के तापमान की तुलना में बहुत कम तापमान पर, कई सामग्री सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करती हैं- आकर्षक मैक्रोस्कोपिक क्वांटम राज्य जिसमें विद्युत प्रतिरोध बिल्कुल शून्य हो जाता है और विद्युत प्रवाह अपव्यय के बिना बह सकता है। विशिष्ट सुपरकंडक्टिंग चरण में, अलग-अलग संस्थाओं के रूप में कार्य करने के बजाय, घटक इलेक्ट्रॉन कूपर जोड़े बनाते हैं, जो आमतौर पर एक स्पिन सिंगल कॉन्फ़िगरेशन में विपरीत स्पिन के साथ दो इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं। हालांकि, बहुत दुर्लभ मामलों में, कूपर जोड़े इसके बजाय समानांतर स्पिन के साथ दो इलेक्ट्रॉनों से बने हो सकते हैं, एक स्पिन ट्रिपल कॉन्फ़िगरेशन में। अब तक खोजे गए कुछ हजार सुपरकंडक्टर्स में से, केवल कुछ सुपरकंडक्टर्स हैं जिन्हें स्पिन ट्रिपल उम्मीदवारों के रूप में पहचाना गया है। इस दुर्लभ क्वांटम घटना ने बहुत सारे शोध हित को आकर्षित किया है क्योंकि स्पिन ट्रिपल सुपरकंडक्टर्स को क्वांटम कंप्यूटर 1,2, गणना प्रौद्योगिकी की अगली पीढ़ी के लिए एक संभावित बिल्डिंग ब्लॉक होने का प्रस्ताव है।
हाल ही में, Ran और सहकर्मियों ने बताया कि UTe2 एक उम्मीदवार स्पिन ट्रिपल सुपरकंडक्टर 3 है। इस सुपरकंडक्टर में स्पिन ट्रिपल कॉन्फ़िगरेशन के संकेत वाले कई विदेशी गुण हैं: एक चरम, असमान रूप से बड़ा, महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र जो सुपरकंडक्टिविटी को दबाने के लिए आवश्यक है, एक तापमान-स्वतंत्र एनएमआर नाइट शिफ्ट 3, ऑप्टिकल केर इफेक्ट 4 द्वारा इंगित एक सहज चुंबकीय क्षण, और एक चिरल इलेक्ट्रॉनिक सतह राज्य जो सुरंग स्पेक्ट्रोस्कोपी 5 को स्कैन करके इंगित किया गया है। . इसके अलावा, अतिरिक्त सुपरकंडक्टिंग चरणवास्तव में उच्च चुंबकीय क्षेत्र 6 में प्रेरित होते हैं, जो कि पुन: प्रवेशक अतिचालकता की असामान्य घटना का एक उदाहरण है।
हालांकि ये नए परिणाम मजबूत हैं, यूटीई 2 के सुपरकंडक्टिंग गुण विभिन्न समूहों द्वारा उपयोग की जाने वाली संश्लेषण प्रक्रिया पर निर्भर करते हैं7,8,9। यूटीई 2 के क्रिस्टल 1.6 K के महत्वपूर्ण तापमान से नीचे रासायनिक वाष्प परिवहन विधि सुपरकंडक्ट का उपयोग करके संश्लेषित किए गए हैं। इसके विपरीत, पिघले हुए फ्लक्स विधि का उपयोग करके उगाए गए लोगों में बहुत अधिक दबा दिया गया है सुपरकंडक्टिंग महत्वपूर्ण तापमान या सुपरकंडक्ट नहीं करते हैं। क्वांटम कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों की प्रत्याशा में, मज़बूती से क्रिस्टल प्राप्त करना जो सुपरकंडक्ट अत्यधिक वांछनीय है। इसके अलावा, यह जांचना कि नाममात्र के समान क्रिस्टल सुपरकंडक्टिव क्यों नहीं करते हैं, यूटीई 2 में मौलिक सुपरकंडक्टिंग पेयरिंग तंत्र को समझने के लिए भी बहुत उपयोगी है, जो उपन्यास और गहन शोध का विषय है, पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स से काफी अलग होना चाहिए। इन कारणों से, दो अलग-अलग संश्लेषण विधियां पूरक हैं और तुलना करने के लिए उपयोगी हैं। इस पेपर में, यूटीई 2 के संश्लेषण के लिए दो अलग-अलग तरीकों का प्रदर्शन किया जाता है और दो तरीकों से एकल क्रिस्टल के गुणों की तुलना की जाती है।
रासायनिक वाष्प परिवहन करने के लिए, दो-क्षेत्र क्षैतिज भट्टी का उपयोग करना सबसे आसान है, जो दो क्षेत्रों को अलग-अलग तापमान पर स्थापित करके तापमान ढाल उत्पन्न कर सकता है। सुपरकंडक्टिंग नमूनों को विकसित करने के लिए एक-क्षेत्र भट्टी का सफल उपयोग अभी तक प्रदर्शित नहीं किया गया है। शुरुआती सामग्रियों को एक फ्यूज्ड क्वार्ट्ज ट्यूब में हाइड्रोजन-ऑक्सीजन मशाल के साथ सील किया जाता है, जिसे हवा से शुद्ध किया जाना चाहिए। शुद्धिकरण और सीलिंग को ट्यूब को एक सूखे पंप और एक आर्गन गैस सिलेंडर से जुड़े कई गुना से जोड़कर पूरा किया जा सकता है। एक बार तैयार होने के बाद, इस ट्यूब को भट्टी में इस तरह रखा जाता है कि ट्यूब के दो सिरे दो तापमान क्षेत्रों को फैलाते हैं। यूटीई 2 के मामले में, शुरुआती सामग्री वाले ट्यूब के अंत को गर्म अंत में रखा जाता है। मौलिक यूरेनियम और टेल्यूरियम आयोडीन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, एक वाष्प के रूप में ट्यूब के नीचे यात्रा करते हैं, और अंततः एकल क्रिस्टल के रूप में क्वार्ट्ज ट्यूब को ठंडे छोर पर मजबूत करते हैं। आम तौर पर, बड़े क्रिस्टल का विकास सामग्री-निर्भर होता है और इसमें कई सप्ताह लग सकते हैं। यूटीई 2 के लिए, मिमी आयामों के साथ क्रिस्टल विकसित करने के लिए 7 दिन पर्याप्त हैं। विकास के बाद, ट्यूब को भट्टी से हटा दिया जाता है और क्रिस्टल की कटाई के लिए खोला जाता है।
पिघली हुई धातु स्व-प्रवाह विधि को एक तापमान क्षेत्र के साथ एक सरल प्रतिरोधी बॉक्स भट्टी की आवश्यकता होती है। यूरेनियम पिघले हुए टेल्यूरियम में घुल जाता है, और यूटीई 2 की घुलनशीलता तापमान पर निर्भर करती है। प्रारंभिक सामग्री, मौलिक यूरेनियम, और टेल्यूरियम, एक एल्यूमिना क्रूसिबल में रखे जाते हैं। इस क्रूसिबल के शीर्ष पर, एक दूसरा क्रूसिबल उल्टा रखा जाता है, जो क्वार्ट्ज ऊन से भरा होता है। दो क्रूसिबल्स को क्वार्ट्ज ट्यूब में सील किया जाता है, जिसे बॉक्स फर्नेस में रखा जाता है। इस बार, एक दूरी पर एक निश्चित तापमान ढाल उत्पन्न करने के बजाय, तापमान समय के एक समारोह के रूप में भिन्न होता है, क्योंकि भट्टी को धीरे-धीरे एक निश्चित दर पर ठंडा किया जाता है। उच्चतम तापमान पर, सभी यूरेनियम को तरल टेल्यूरियम में भंग कर दिया जाएगा, जिसमें यूरेनियम की तुलना में बहुत कम पिघलने का तापमान होता है। जैसे-जैसे भट्ठी ठंडी होती है, यूटीई 2 की घुलनशीलता कम हो जाती है और यूटीई 2 एकल क्रिस्टल अवक्षेपित होते हैं और बड़े हो जाते हैं। एक ऐसे तापमान पर जो पर्याप्त रूप से बड़े यूटीई 2 एकल क्रिस्टल उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त कम है, लेकिन अभी भी टेल्यूरियम के लिए तरल रहने के लिए पर्याप्त उच्च है, क्वार्ट्ज ट्यूब को गर्म भट्टी से हटा दिया जाता है, इसे एक सेंट्रीफ्यूज में रखा जाता है और काता जाता है, जो ठोस यूटीई 2 को तरल टेल्यूरियम से अलग करता है इससे पहले कि यह जम जाए। उसके बाद, ट्यूब को कमरे के तापमान पर ठंडा करने की अनुमति दी जाती है, इससे पहले कि यह क्रिस्टल इकट्ठा करने के लिए टूट जाए।
समाप्त यूरेनियम के साथ काम करना एक भारी विनियमित गतिविधि है जिसके लिए लागू कानूनों के बारे में जागरूकता और अनुपालन की आवश्यकता होती है। सभी स्थानीय लागू खतरनाक और रेडियोधर्मी सामग्री सुरक्षा नियमों का पालन करें, और इस काम को करने के लिए आवश्यक अनुमति सुरक्षित करें। ये नियम अधिकार क्षेत्र और संस्था द्वारा भिन्न होते हैं और यहां संबोधित नहीं किए जा सकते हैं। हालांकि, कुछ सामान्य सिद्धांत लागू होते हैं जो अनुसंधान की योजना में मदद कर सकते हैं। शोधकर्ताओं को रेडियोधर्मी और खतरनाक सामग्रियों के साथ काम करने के लिए प्रशिक्षित किया जाना चाहिए। दस्ताने सहित आवश्यक व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनें। व्यवस्थित रूप से काम करें और रेडियोधर्मी सामग्री के प्रसार से बचने के लिए ध्यान रखें। लेबल किए गए और अनुमोदित कंटेनरों में अपशिष्ट को छोड़ दें.
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था। संश्लेषण के कुछ हिस्सों को गॉर्डन और बेट्टी मूर फाउंडेशन के EPiQS पहल द्वारा अनुदान संख्या के माध्यम से समर्थित किया गया था। GBMF9071. लक्षण वर्णन के कुछ हिस्सों को अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) पुरस्कार DE-SC0019154 द्वारा समर्थित किया गया था। कुछ वाणिज्यिक उत्पादों और कंपनी के नामों की पहचान का उद्देश्य राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा सिफारिश या समर्थन को इंगित करना नहीं है, न ही इसका उद्देश्य यह है कि पहचाने गए उत्पाद या नाम आवश्यक रूप से इस उद्देश्य के लिए सबसे अच्छे उपलब्ध हैं।
2-zone tube furnace | MTI Corporation | OTF-1200X-S-II-25-110 | |
Alumina crucible | Coorstek Inc. | 65530-CN-2-AD-998 | Size = 2 mL |
Box furnace | MTI Corporation | KSL-1500X | |
Centrifuge | Thermo Scientific | Mo/No: CL2, S/N:42618752 | |
Fused quartz tube | Quartz Scientific | 100014B | 14 mm ID, 16 mm OD, 48" length |
Iodine | J. T. Baker Inc. | 2208-04 | Sublimed, 99.997% pure, typically approximately 14 mg |
Tellurium | Alfa Aesar | 42213 | 99.9999% pure, Typically approximately 0.5 g |
Uranium | Dept. of Energy (NBL) | CRM115 | Uranium (Depleted U238) Metal (0.99977 g U/g). Typically approximately 0.5 g 235U/238U = 0 +- 3.6×10-9 |