اسٹیٹ کالج، پینسلوانیا – پین اسٹیٹ یونیورسٹی کے سائنس دانوں نے ایک نیا نظریاتی فریم ورک پیش کیا ہے جو سپر کنڈکٹرز کی تلاش میں انقلابی تبدیلی لا سکتا ہے۔ سپر کنڈکٹرز وہ مادیات ہیں جن میں بجلی بغیر کسی مزاحمت کے رواں رہتی ہے اور توانائی ضائع نہیں ہوتی۔
عام حالات میں جب بجلی تاروں کے ذریعے گزرتی ہے تو اس کا کچھ حصہ حرارت کی شکل میں ضائع ہوجاتا ہے۔ اس کے برعکس سپر کنڈکٹرز الیکٹرانز کو آزادانہ حرکت کی اجازت دیتے ہیں، جس سے توانائی مکمل طور پر محفوظ رہتی ہے۔ لیکن یہ خصوصیت عموماً صرف انتہائی سرد درجہ حرارت پر ظاہر ہوتی ہے، جو روزمرہ ٹیکنالوجی میں اس کے استعمال کی راہ میں بڑی رکاوٹ ہے۔
امریکی محکمۂ توانائی کے “تھیوری آف کنڈینسڈ میٹر” پروگرام کی معاونت سے، پین اسٹیٹ کے محققین نے ایک ایسا طریقہ تیار کیا ہے جو سپر کنڈکٹرز کے رویے کی پیش گوئی کے لیے دو الگ الگ سائنسی نظریات کو یکجا کرتا ہے۔ اس تحقیق کی قیادت ماٹریل سائنس کے پروفیسر زی کوئی لیو کر رہے ہیں، اور نتائج معروف جریدے سپر کنڈکٹر سائنس اینڈ ٹیکنالوجی میں شائع ہوئے ہیں۔
لیو کے مطابق، “ہمارا حتمی مقصد ایسے سپر کنڈکٹرز دریافت کرنا ہے جو بلند درجہ حرارت پر — بلکہ کمرہ جاتی درجہ حرارت پر بھی — کام کر سکیں۔ لیکن وہاں پہنچنے کے لیے پہلے ہمیں یہ سمجھنا ہوگا کہ سپر کنڈکٹیوٹی کو ممکن بنانے والے عوامل کیا ہیں۔”
گزشتہ کئی دہائیوں سے بارڈین-کوپر-شریففر (BCS) نظریہ روایتی سپر کنڈکٹرز کو سمجھنے کی بنیاد رہا ہے۔ اس نظریے کے مطابق، مزاحمت اس وقت ختم ہو جاتی ہے جب الیکٹرانز “کوپر جوڑیوں” کی شکل میں آپس میں جڑ کر ہم آہنگی کے ساتھ حرکت کرتے ہیں اور ایٹمز سے ٹکرائے بغیر گزرتے ہیں۔ لیو نے اسے “الیکٹرانز کی سپر ہائی وے” سے تشبیہ دی ہے، جو انہیں توانائی کھوئے بغیر رواں دواں رکھتی ہے۔
اب کی بار محققین نے BCS ماڈل کو ڈینسٹی فنکشنل تھیوری (DFT) سے جوڑ دیا ہے۔ یہ ایک کوانٹم میکینکس پر مبنی کمپیوٹیشنل طریقہ ہے جو برسوں سے الیکٹرانز کے رویے کو سمجھنے میں استعمال ہورہا ہے، مگر اسے براہِ راست سپر کنڈکٹیوٹی کی پیش گوئی کے لیے کبھی نہیں بنایا گیا تھا۔ لیو کی ٹیم نے دریافت کیا کہ کس طرح DFT کو اس مقصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، حتیٰ کہ ان صورتوں میں بھی جہاں BCS کی وضاحت ناکافی ثابت ہوتی ہے۔
اس نئے طریقۂ کار کی ایک اہم بنیاد “زینٹروپی تھیوری” ہے، جو شماریاتی طبیعیات، کوانٹم میکینکس اور جدید ماڈلنگ کو ملا کر یہ سمجھنے میں مدد دیتی ہے کہ درجہ حرارت کی تبدیلی کے ساتھ کسی مادیے کی خصوصیات کیسے بدلتی ہیں۔ زینٹروپی تھیوری کو DFT کے ساتھ ملا کر محققین یہ تعین کرنے میں کامیاب ہوئے کہ کوئی مادیہ نہ صرف سپر کنڈکٹر بن سکتا ہے یا نہیں، بلکہ یہ بھی کہ وہ کس درجہ حرارت پر اپنی عام حالت سے سپر کنڈکٹر کی حالت میں منتقل ہوگا۔
حیران کن طور پر، اس فریم ورک نے ایسے نتائج بھی دیے جو پہلے ناقابلِ تصور سمجھے جاتے تھے۔ ٹیم نے اس طریقے سے روایتی کم درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز کے ساتھ ساتھ ان ہائی ٹمپریچر سپر کنڈکٹرز میں بھی شواہد پائے جنہیں BCS مکمل طور پر بیان نہیں کر پاتا۔ مزید یہ کہ اس ماڈل نے تانبا، چاندی اور سونا جیسے دھاتوں میں بھی سپر کنڈکٹیوٹی کے امکانات ظاہر کیے، حالانکہ سائنس دان انہیں اس رجحان کے لیے ہمیشہ غیر موزوں سمجھتے رہے ہیں کیونکہ یہ صرف انتہائی سرد ماحول میں ہی ممکن ہو سکتا تھا۔
ماہرین کا کہنا ہے کہ اگر ایسے سپر کنڈکٹرز دریافت ہو جائیں جو بلند درجہ حرارت پر بھی کام کریں تو یہ توانائی کی ترسیل میں انقلاب برپا کر دیں گے — بجلی کے نظام کو عملی طور پر نقصان سے پاک بنا دیں گے، الیکٹرانکس کو زیادہ موثر کریں گے اور نئی ٹیکنالوجیز کی راہ ہموار کریں گے۔
پروجیکٹ کا اگلا مرحلہ دنیا بھر کے پانچ ملین سے زائد مادیات کے ڈیٹا بیس پر اس طریقہ کو آزمانا ہے تاکہ ممکنہ امیدواروں کو پہچانا جا سکے اور تجرباتی سائنس دانوں کے ساتھ مل کر ان پر عملی تحقیق کی جا سکے۔ لیو کا کہنا ہے: “ہم صرف معلوم رویوں کی وضاحت نہیں کر رہے بلکہ ایک ایسا فریم ورک تشکیل دے رہے ہیں جو نئی اور انوکھی دریافتوں کی راہ دکھا سکتا ہے۔ اگر بلند درجہ حرارت یا حتیٰ کہ کمرہ جاتی درجہ حرارت پر سپر کنڈکٹرز موجود ہیں تو انہیں ڈھونڈنے کی کنجی یہی طریقہ ہو سکتا ہے
