ऑटोनॉमस यूनिवर्सिटी ऑफ मैड्रिड (यूएएम) के नेतृत्व में एक स्पेनिश टीम ने 11 केल्विन से नीचे एक मॉट इंसुलेटर को ठंडा करके अल्ट्राथिन सामग्रियों में एक नई क्वांटम अवस्था का निर्माण देखा है। यह खोज, में प्रकाशित हुई प्रकृति संचारसुपरकंडक्टर्स और अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास में क्रांति ला सकता है, जो सामग्री विज्ञान में एक मील का पत्थर साबित होगा।
ऑटोनॉमस यूनिवर्सिटी ऑफ मैड्रिड (यूएएम), आईएफआईएमएसी, आईएमडीईए नैनोसाइंस और कैलाब्रिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक प्रकार की सामग्री का अध्ययन किया है जिसे मॉट इंसुलेटर के रूप में जाना जाता है, इसकी विशेषता यह है कि इसके अंदर के इलेक्ट्रॉन मजबूत इंटरैक्शन के कारण आगे नहीं बढ़ सकते हैं। आश्चर्यजनक रूप से, जब इस सामग्री को 11 केल्विन (-262.15 डिग्री सेल्सियस) से नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो “कोंडो जाली” नामक एक नई क्वांटम अवस्था की उपस्थिति के कारण, इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से चलना शुरू कर देते हैं।
नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित ये परिणाम हमें क्वांटम प्रौद्योगिकियों की एक नई पीढ़ी के करीब लाते हैं जो नवीकरणीय ऊर्जा से लेकर उन्नत कंप्यूटिंग तक प्रमुख क्षेत्रों को बदल देगी।
“विशेष रूप से, यह खोज सिस्टम के भौतिकी के बारे में हमारी समझ का विस्तार करती है जो उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स, क्वांटम कंप्यूटिंग उपकरणों और कम-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के डिजाइन में क्रांतिकारी अनुप्रयोगों को सक्षम कर सकती है,” लेखक जोर देते हैं।
क्वांटम सामग्री डिज़ाइन के लिए नया दृष्टिकोण
अध्ययन से पता चलता है कि विभिन्न गुणों के साथ दो-आयामी सामग्रियों को ढेर करके दो-आयामी प्रणालियों में इलेक्ट्रॉन व्यवहार को कैसे नियंत्रित किया जाए। यह परिणाम सुपरकंडक्टिविटी जैसे अनुकूलित इलेक्ट्रॉनिक गुणों वाली सामग्रियों के डिजाइन का रास्ता दिखाता है।
द्वि-आयामी सामग्री पर्यावरण में छोटे परिवर्तनों के प्रति अपनी संवेदनशीलता के लिए जानी जाती है, जो उन्हें नियंत्रित तरीके से अपने गुणों को बदलने की अनुमति देती है। “यह कार्य दर्शाता है कि कैसे छोटे संशोधन किसी सामग्री के गुणों को एक इन्सुलेटर से कंडक्टर या यहां तक कि सुपरकंडक्टर तक काफी हद तक बदल सकते हैं,” लेखक कहते हैं।
यह स्पष्ट करने के लिए कि कैसे सरल प्रतीत होने वाली अंतःक्रियाएँ जटिल क्वांटम अवस्थाएँ उत्पन्न कर सकती हैं, वैज्ञानिक मॉट के इंसुलेटर की तुलना एक भीड़ भरे कमरे से करते हैं। ऐसे स्थान में, घनत्व मुक्त गति को रोकता है, जैसा कि इन सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों के लिए होता है।
दूसरी ओर, कोंडो परिरक्षण की तुलना अनुभवी नर्तकियों (सब्सट्रेट इलेक्ट्रॉनों) के समूह में एक शुरुआती नर्तक (चुंबकीय अशुद्धता) की उपस्थिति से की जा सकती है। शुरुआती की उपस्थिति अनुभवी लोगों की अधिक तरल गतिविधियों में बाधा उत्पन्न करती है। जब अनुभवी नर्तकियों के बीच कई शुरुआती नर्तक वितरित होते हैं, तो उनकी उपस्थिति नर्तकियों के सामूहिक व्यवहार को संशोधित करती है, जिससे एक जटिल नृत्य बनता है, जो शुरू में नियोजित नृत्य से भिन्न होता है।
कोंडो प्रभाव के मामले में, इलेक्ट्रॉनों और चुंबकीय अशुद्धियों के बीच परस्पर क्रिया के कारण इलेक्ट्रॉन अपना व्यवहार बदल देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कम तापमान पर प्रतिरोध में वृद्धि होती है। जब अशुद्धियों को समय-समय पर व्यवस्थित किया जाता है, तो विभिन्न अशुद्धियों के साथ परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉन सुसंगत रूप से ओवरलैप होते हैं। यह क्वांटम स्तर पर सामग्री के गुणों को संशोधित करता है, एक सामूहिक स्थिति उत्पन्न करता है जो कोरियोग्राफी के परिवर्तन के समान इसकी चालकता को बदल देता है।
शोधकर्ताओं ने एक द्वि-आयामी मॉट इंसुलेटर को एक धातु सब्सट्रेट के साथ जोड़ा और विभिन्न तापमानों पर इसके व्यवहार की जांच की। टीम ने परमाणु पैमाने पर सिस्टम के इलेक्ट्रॉनिक गुणों का विश्लेषण करने के लिए टनल इफेक्ट माइक्रोस्कोपी और स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसटीएम एसटीएस) जैसी अत्याधुनिक तकनीकों का इस्तेमाल किया। इसके अलावा, उन्होंने देखे गए क्वांटम प्रभावों की व्याख्या करने के लिए घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) पर आधारित सिमुलेशन का प्रदर्शन किया।
इन विधियों ने हमें यह पता लगाने की अनुमति दी है कि इलेक्ट्रॉन, जो शुरू में मॉट इंसुलेटर में स्थिर थे, कैसे डेलोकलाइज़ और स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित होने का प्रबंधन करते हैं। इस प्रकार, यह अध्ययन न केवल क्वांटम भौतिकी के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार करता है, बल्कि नवीन गुणों वाली सामग्रियों के निर्माण में अंतःविषय दृष्टिकोण के महत्व को भी रेखांकित करता है।
ग्रंथ सूची संदर्भ:
अयानी, सीजी, पिसरा, एम., इबारबुरु, आईएम एट अल। 2डी मॉट अयानी, सीजी, पिसार्रा, एम., इबारबुरु, आईएम, रेबनल, सी., गार्निका, एम., कैलेजा, एफ., मार्टिन, एफ., और वाज़क्वेज़ डी परगा, एएल (2024) में इलेक्ट्रॉन डेलोकलाइज़ेशन। 2डी मॉट इंसुलेटर में इलेक्ट्रॉन डेलोकलाइज़ेशन। नेचर कम्युनिकेशंस, 15, 10272. https://doi.org/10.1038/s41467-024-54747-4. https://doi.org/10.1038/s41467-024-54747-4
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