අධිසන්නායකතාව පිළිබඳ ඉතිහාසය

මෑතකදී සොයාගත් ද්‍රව හීලියම්, ශීතකාරකයක් ලෙස යොදා ගනිමින් ඉතා පහළ උෂ්ණත්වවලදී ඝණ රසදියවල ප්‍රතිරෝධ පිළිබඳව අධ්‍යයනය කළ හයික් කැමලින්ග් ඔනෙස් (Heike Kamerlingh Onnes) විසින් 1911 දී අධිසන්නායකතාවය (සුපිරිසන්නායකතාවය පිළිබඳ සොයා ගන්නා ලදී. 4.2K උෂ්ණත්වයේදී ප්‍රතිරෝධය ක්ෂණිකව අතුරුදහන් වන බව ඔහු සොයා ගන්නා ලදී. ඊට දශක ගණනකට පසුව තවත් ද්‍රව්‍යයන් කිහිපයකින් අධිසන්නායකතාවය සොයාගන්නා ලදී. 1913 දී ඊයම් (7K) හා 1941 දී නයෝබියම් නයිට්‍රයිඩ් (16K) ද අධි සන්නායක වන බව සොයාගන්නා ලදී.

සුපිරි සන්නායකතාවය වටහා ගැනීම පිළිබඳ ඊළග වැදගත් පියවර 1933 දී එළඹුණි. එනම් මෙයිස්නර් (Meissner) හා ඔච්සෙන්ෆෙල්ඩ් (Ochsenfeld) විසින් සුපිරි සන්නායක , විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර නැති කරන බව සොයාගැනීමයි. මෙම සංසිද්ධිය මෙයිස්නර් ආචරණය ලෙස හඳුන්වයි. මෙයිස්නර් ආචරණය අධි සන්නයන ධාරාව මගින් ගෙන යන විද්‍යුත් චුම්භක මුක්ත ශක්තියේ අඩු‍වීමේ ප්‍රතිඵලයක් බව F.ලන්ඩන් හා H.ලන්ඩන් විසින් 1935 දී පෙන්වා දෙන ලදී.

1950 දී ලැන්ඩො (Landau) හා ගින්ස්බර්ග් (Ginzburg) විසින් අධිසන්නායකතාව පිළිබඳ සංසිද්ධියක් වන ගින්ස්බර්ග්-ලැන්ඩො නියමය ඉදිරිපත් කරන ලදී. දෙවන ගණයේ අවස්ථා විපර්යාසයන් පිළිබඳ ලැන්ඩෝගේ නියම‍යත් ශ්‍රෝඩිංගර් (schrodinger) ආකෘතියේ වැනි තරංග සමීකරණයත් මෙම නියමයෙහි ඇති අධි සන්නායකවල මහේක්ෂ ගුණ පැහැදිලි කිරීමට ඉමහත් ලෙස ඉවහල් වේ. ගින්ස්බර්ග් ලැන්ඩො නියමය අධි සන්නායක වර්ග දෙකකට වර්ගීකරණය කළ හැකි බව අබ්‍රිකොසොව් (Abrikosov) විසින් පෙන්වා දු‍න්නේය. දැන් මෙම වර්ග දෙක I වර්ගය හා II වර්ගය ලෙස හඳුන්වයි. ඔවුන් කළ සොයා ගැනීමට අබ්‍රිකොසොව් හා ගින්ස්බර්ග්ට, 2003 දී නොබෙල් ත්‍යාගය පිරිනමන ලදී. (1968 දී ලැන්ඩො මිය ගියේය)

එමෙන්ම 1950 දී මැක්ස්වෙල් (Maxwell) හා රෙනෝල්ඩ්ස් (Reynolds) විසින් අධිසන්නායකයක අවධි උෂ්ණත්වය, ම‍ූලද්‍රව්‍යයේ අඩංගු සමස්ථානික ස්කන්ධය මත රඳා පවතින බව සොයාගත්හ. මෙම වැදගත් සොයා ගැනීම එනම්, ඉලෙක්ට්‍රෝන පෝ‍නෝන අන්තර් ක්‍රියාව, අධිසන්නායකතාවයට හේතු වන අන්වීක්ෂීය යාන්ත්‍රණය වේ.

අවසානයේදී අධි සන්නායකතාව පිළිබඳ පරිපූර්ණ අණ්වීක්ෂීය නියමය (BCS නියමය) 1957 දී බාර්ඩීන් (Bardeen) , කූපර් (Cooper) හා ස්ච්‍රිෆර් (Schrieffer) යෝජනා කරන ලදී. අධිසන්නායකතා සංසිද්ධිය ස්වාධීනව පැහැදිලි කරන ලද්දේ නිකොලෙ බොග්ලියුබොව් (Nikolay Bogolyubor) විසිනි. මෙම BCS නියමය , අධි සන්නයන ධාරාව , Cooper යුගල , පෝනෝන හුවමාරුව තුළින් අන්තර්ව ක්‍රියාකරන ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගලවල අධි ද්‍රවයක් ලෙස පැහැදිලි කළේය. මෙම කාර්ය භාර්ය සඳහා මූලික වූවන්ට 1972 දී නොබෙල් ත්‍යාගය පිරිනමන ලදී.

BCS නියමයට ස්ථිර පදනමක් වැටුණේ 1958 දීය. ඒ හැමිල්ටෝනියානු ඉලෙක්ට්‍රෝනික විද්‍යාවෙහි යම් සිද්ධාන්තයන් යොදා ගනිමින් විචාල තර්කයකින් නියමාකාරයෙන්ම ව්‍යුත්පන්න කරගත් BCS තරංග ශ්‍රිතය, බොග්ලියුබෝව් විසින් පෙන්වීමත් සමගය. අවධි උෂ්ණත්වය ආසන්නයේදී, BCS නියමය, ගින්ස්බර්ග් ලැන්ඩො නියමයට ළඟාවන බව 1959 දී ලෙව් ගෝකව් (Lev Gor’kov) විසින් පෙන්වා දෙන ලදී.

1962 දී වෙස්ටින් හවුස්හි පර්යේෂකයන් විසින් පළමු වාණිජමය අධිසන්නයන වයරය, නයොබියම් - ටයිටේනියම් මිශ්‍ර ලෝහයෙන් නිෂ්පාදනය කරන ලදී. සුපිරි ධාරාවකට, සිහින් පරිවාරක තට්ටුවකින් වෙන් කෙරෙනු සුපිරි සන්නායක කොටස් දෙකක් අතරින් ගලා යා හැකිය යන වැදගත් සෛද්ධාන්තික අනාවැකිය ජොසප්සන් (Josephson) විසින් එම වර්ෂයේදීම සොයා ගන්නා ලදී. දැන් ජෝසප්සන් ආචරණය ලෙස හඳුන්වන මෙම සංසිද්ධිය SQUID වැනි අධි සන්නයන උපකරණ මගින් විදහා දැක්වේ. මෙම නිසා චුම්භක ස්‍රාව ප්‍රමාණය සඳහා ලබාගත හැකි නිවැරදිම මිණුම ජෝසප්සන් ආචරණය උපයෝගී කරගනිමින් ලබාගත හැකි අතර (ක්වොන්ටම් විශිෂ්ට ප්‍රතිරෝධය හා එක්ව) ප්ලාන්ක් නියතය h සඳහා ද නිවැරදි මිණුම් ලබාගත හැකිවිය. මේ සඳහා ජෝසප්සන්ට 1973 දී නොබෙල් ත්‍යාගය පිරිනමන ලදී.

1986 තෙක් භෞතික විද්‍යාඥයින් විශ්වාස කළේ 30K ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී අධිසන්නායකතාවය, BCS නියමයෙන් වළක්වන බවයි. බෙඩ්නොර්ස් (Bednorz) හා මියුලර් (Muller) විසින්, 35K සංක්‍රමික උෂ්ණත්වයක් සහිත ලැන්කනම් පදනම් වූ ක්‍යුප්‍රේට් පෙරොව්ස්කයිට් (Cuprate Pervskite) ද්‍රවයෙහි අධි සන්නායකතාව ද එම වර්ෂයේ සොයා ගත්හ. (භෞතික විද්‍යාව සදහා නොබෙල් ත්‍යාගය 1987) ඊට කෙටි කලකට පසුව ලැන්තනම් වෙනුවට ඉට්ට්‍රියම් භාවිතා කිරීම (උදා - YBCO සෑදීම) මගින් අවධි උෂ්ණත්වය 92K දක්වා ඉහළ නැංවිය හැකි බව M.K. වූ (M.K. Wu) සොයා ගත්තේය. එවිට ද්‍රව නයිට්‍රජන් ශීතකාරකයක් ලෙස යොදාගත හැකි විය.(වායු ගෝලීය පීඩනයේදී නයිට්‍රජන්හි තාපාංකය 77 K ) වානණිජමය වශයෙන් මෙය වැදගත් වනුයේ කිසිදු අමුද්‍රව්‍යයක් නැතිව ඉතා ලාබදායීව ද්‍රව නයිට්‍රජන් නිෂ්පාදනය කළ හැකි බැවින් හා හීලියම්වල ඇති සමහරක් ගැටළු (ඝණ වායු පේනු හා තවත්) වලින් තොරවීම නිසාය. ඒත් සමගම තවත් බොහෝ කියුප්‍රේට් සුපිරි සන්නායක වර්ග සොයාගත් අතර මෙම ද්‍රව්‍යයවල සන්නායකතා හා සෛද්ධාන්තික නියමයන්, ඝණ පදාර්ථ භෞතික විද්‍යාවේ කැපී පෙනෙන ප්‍රධාන අභියෝගයන්ය.

2007 ඔක්තෝබර් මාසයේදී සොයාගත් තැලියුම් ,රසදිය , තඹ , බේරියම්, කැල්සියම් හා ඔක්සිජන් අඩංගු සෙරමික් ද්‍රව්‍යය ඉහළම උෂ්ණත්වයකදී අධි සන්නයකතාවය Tc = 138K

ඉහළ උෂ්නත්වයේදී සුපිරි සන්නායකතාවය පෙන්වන තවත් මූලද්‍රව්‍යය කාණ්ඩයක් සොයා ගන්නා ලදී. Tokyo Institute of Technology හි හයිඩිඕ ‍හොසොනො (Hideo Hosono) හා සගයන් විසින් ලැන්තනම් ඔක්සිජන් ෆ්ලූවෝරීන් අයත් ආසනයිඩ් (LaO1-xFxFeAs) 26K දී සුපිරි සන්නායකයක්වන බව සොයා ගත්හ. ඉතා ඉක්මනින් අනෙකුත් පර්යේෂකයන් එම පවුලට අයත් අනෙක් ද්‍රව්‍යන්ට ද අධිසන්නායකතාවය සඳහා 55K තරම් වූ ඉහළ සංක්‍රමණ උෂ්ණත්ව පවතින බව හඳුනාගත්හ. සුපිරි සන්නායක ද්‍රව්‍යයන් ක්‍රියා කරනා ආකාරය දැන ගැනීම පහසු කරන තවත් කාණ්ඩයක් සොයා ගැනීමට විද්‍යාඥයෝ අපේක්ෂා කරති.
References

http://en.wikipedia.org/wiki/Superconductor#History_of_superconductivity