2025 में, नीदरलैंड के वैज्ञानिकों की एक टीम ने क्वांटम प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की, भारी चुंबकों के बिना काम करने वाले और कमरे के तापमान पर संचालित होने वाले अल्ट्रा-थिन डिवाइस विकसित किए। यह खोज कॉम्पैक्ट, तेज़ और ऊर्जा-कुशल तकनीकों के निर्माण के लिए नए क्षितिज खोलती है।
नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित शोध ने बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता के बिना ग्राफीन में क्वांटम स्पिन हॉल (QSH) प्रभाव के अस्तित्व की पुष्टि की। यह प्रभाव, जिसे स्पिन के रूप में जाना जाता है, इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम यांत्रिक गुण से संबंधित है, जो स्पिंट्रोनिक उपकरणों का उपयोग करके सूचना के संचरण और प्रसंस्करण की अनुमति देता है।
प्रयोगों के दौरान, वैज्ञानिकों ने चुंबकीय ग्राफीन का उपयोग किया, इसे एक एंटीफेरोमैग्नेटिक सामग्री, CrPS₄ के साथ परतबद्ध किया। इस संयोजन ने ग्राफीन के आंतरिक गुणों को बदल दिया, जिससे स्पिन-ऑर्बिटल और एक्सचेंज इंटरेक्शन हुए, जो टोपोलॉजिकली संरक्षित एज स्टेट्स के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं। ये स्टेट्स सामग्री के किनारों के साथ बिना प्रतिरोध के इलेक्ट्रॉनों की गति सुनिश्चित करते हैं, उनके स्पिन विपरीत दिशाओं में संरेखित होते हैं - यह क्वांटम स्पिन हॉल प्रभाव है।
इस तरह के उपकरणों का निर्माण पहले महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना करता था, क्योंकि इलेक्ट्रॉन स्पिन को नियंत्रित करने के लिए शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों और बेहद कम तापमान की आवश्यकता होती थी। हालांकि, नए शोध से पता चला है कि चुंबकीय गुणों को एंटीफेरोमैग्नेटिक CrPS₄ के साथ निकटता प्रभाव का उपयोग करके, सामग्री के अंदर आंतरिक रूप से बनाया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया है कि यहां तक कि कमरे के तापमान पर भी स्थिर स्पिन स्टेट्स का निरीक्षण करने की क्षमता इस तकनीक को वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के लिए अधिक व्यावहारिक बनाती है।
यह सफलता एक दशक पहले की गई सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को मान्य करती है, जो दर्शाती है कि ग्राफीन, विशिष्ट परिस्थितियों में, स्थिर क्वांटम स्पिन स्टेट्स का समर्थन कर सकता है। एक शोधकर्ता ने इस बात पर जोर दिया कि बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के उपयोग के बिना क्वांटम स्पिन क्वैबिट्स बनाने की क्षमता स्पिंट्रोनिक्स और टोपोलॉजिकल भौतिकी के लिए नए अवसर खोलती है।
क्वांटम स्पिन हॉल प्रभाव एक ऐसी घटना है जहां एक कंडक्टर में इलेक्ट्रॉन, करंट के लंबवत एक चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर विपरीत किनारों पर अलग-अलग क्षमता (हॉल वोल्टेज) का अनुभव करते हैं। यह खोज भविष्य में स्पिंट्रोनिक उपकरणों के लिए नई संभावनाएं खोलती है।