इलेक्ट्रॉन क्वांटम मंदता में रेंगते हैं: शिकागो के भौतिकविदों की खोज चुंबकीय पदार्थों की धारणा बदल देती है

द्वारा संपादित: Svitlana Velhush

शिकागो विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला में वैज्ञानिकों ने परतदार चुंबकीय पदार्थ Fe₅GeTe₂ में इलेक्ट्रॉनों का अप्रत्याशित व्यवहार खोजा: करोड़ों कण एक साथ अत्यंत धीमी गति से चलते हैं, फिर भी क्वांटम संसक्तता बनाए रखते हैं। यह परिघटना मौजूदा सैद्धांतिक मॉडलों के विपरीत है और नए प्रकार के स्मृति उपकरणों का मार्ग खोलती है।

पदार्थ Fe₅GeTe₂ वान डेर वाल्स चुंबकों के कुल का हिस्सा है, जिन्हें परमाणु-स्तर तक पतली परतों के रूप में प्राप्त किया जा सकता है। प्रोफ़ेसर शुओलुन यान के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने कोण-विभेदित प्रकाश-इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रमिकी विधि का उपयोग किया। उन्होंने नमूने पर केवल 10 माइक्रोमीटर के क्षेत्र में पराबैंगनी लेज़र डाला और एक सपाट इलेक्ट्रॉन क्षेत्र देखा — यह संकेत कि पदार्थ से गुज़रते समय इलेक्ट्रॉन लगभग त्वरित नहीं होते।

सामान्य परिस्थितियों में चालक में इलेक्ट्रॉन ऐसे व्यवहार करते हैं जैसे खड़ी ढलान से तेज़ी से गिरता पानी। यहाँ ढलान लगभग क्षैतिज है: कण हज़ारों गुना धीमी गति से चलते हैं, परंतु एकीकृत क्वांटम समूह की तरह समन्वित रूप से कार्य करते हैं। «हम एक इलेक्ट्रॉन को नहीं, बल्कि हज़ारों या करोड़ों की परस्पर क्रिया को मापते हैं, और वे सब संसक्त रूप से चलते हैं», — यान समझाते हैं।

यह व्यवहार परम शून्य से 100 केल्विन ऊपर के तापमान तक बना रहता है — क्वांटम प्रभावों के लिए अपेक्षाकृत ऊँचा आँकड़ा। इससे यह पदार्थ व्यावहारिक उपयोगों के लिए आशाजनक बनता है, हालाँकि कमरे के तापमान तक अभी बहुत दूर है। वैज्ञानिक पहले से ही लेज़र की सहायता से अवस्थाओं को स्विच करने की संभावना जाँच रहे हैं, जो नई पीढ़ी की गैर-वाष्पशील स्मृति का आधार बन सकती है।

यह खोज Fe₅GeTe₂ के भीतर चुंबकीय परस्पर क्रियाओं की धारणा पर पुनर्विचार करने पर विवश करती है। सिद्धांतकारों को अब यह फिर से वर्णित करना होगा कि इस पदार्थ की चुंबकीय संरचना कैसी है। साथ ही प्रयोगकर्ता एकपरमाणुक परत में गुणों की जाँच करने की योजना बना रहे हैं — इसी रूप में यह पदार्थ भविष्य के क्वांटम उपकरणों में उपयोग पा सकता है।

यह कार्य प्रख्यात सिद्धांतकार पीटर लिटलवुड की स्मृति को समर्पित है, जिन्होंने क्वांटम पदार्थों के अनुसंधान में बड़ा योगदान दिया। इसके परिणाम Science Advances में प्रकाशित हुए हैं और द्वि-आयामी चुंबकों के विशेषज्ञों में पहले ही रुचि जगा चुके हैं।

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स्रोतों

  • Electrons slow to a crawl in a strange new quantum state

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HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

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