कला में, पेंटिंग में नकारात्मक स्थान उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि पेंटिंग, और ऐसी ही स्थिति इन्सुलेशन सामग्री में मौजूद है, जहां गायब इलेक्ट्रॉनों द्वारा छोड़ी गई खाली जगह सामग्री के गुणों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। जब एक नकारात्मक चार्ज वाला इलेक्ट्रॉन प्रकाश से उत्तेजित होता है, तो यह एक सकारात्मक चार्ज वाले छेद को पीछे छोड़ देता है। चूँकि छिद्र और इलेक्ट्रॉन विपरीत रूप से आवेशित होते हैं, वे एक दूसरे को आकर्षित करते हैं और बंधन बनाते हैं। परिणामी जोड़ी अल्पकालिक होती है और इसे एक्सिटॉन (उच्चारण एग्जिट-टॉन) कहा जाता है।
प्रौद्योगिकी में उत्साह
एक्सिटॉन कई प्रौद्योगिकियों का एक अभिन्न अंग हैं, जैसे सौर पैनल, फोटोडिटेक्टर और सेंसर। वे टेलीविजन और डिजिटल डिस्प्ले में पाए जाने वाले प्रकाश उत्सर्जक डायोड का भी एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। ज्यादातर मामलों में, एक्साइटन जोड़े विद्युत या इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों से बंधे होते हैं, जिन्हें कूलम्ब इंटरैक्शन के रूप में भी जाना जाता है।
अब, नेचर फिजिक्स में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, कैल्टेक शोधकर्ताओं ने रिपोर्ट दी है कि पाए गए एक्साइटन कूलम्ब बलों से नहीं, बल्कि चुंबकत्व से बंधे हैं। यह जांच करने वाला पहला प्रयोग है कि ये तथाकथित हबर्ड एक्सिटॉन (दिवंगत भौतिक विज्ञानी जॉन हबर्ड के नाम पर) वास्तविक समय में कैसे बनते हैं।
एंटीफेरोमैग्नेटिक मॉट इंसुलेटर नामक सामग्री में, इलेक्ट्रॉनों (गोले) को एक परमाणु जाली संरचना में व्यवस्थित किया जाता है, ताकि उनके स्पिन एक वैकल्पिक पैटर्न में ऊपर (नीला) या नीचे (गुलाबी) हो जाएं। यह ऊर्जा-न्यूनीकृत स्थिर अवस्था है। जब कोई पदार्थ प्रकाश की चपेट में आता है, तो इलेक्ट्रॉन पास के परमाणु स्थल पर चला जाता है, और एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए छेद (डार्क बॉल) को छोड़ देता है जहां वह एक बार रहता था। यदि इलेक्ट्रॉन और छेद एक-दूसरे से दूर हैं, तो उनके स्पिन का संरेखण गड़बड़ा जाता है - स्पिन अब अपने पड़ोसियों के विपरीत दिशा में इंगित नहीं करता है, जैसा कि दूसरे पैनल में दिखाया गया है - और इससे ऊर्जा की खपत होती है। ऊर्जा के इस नुकसान से बचने के लिए, इलेक्ट्रॉन और छिद्र एक-दूसरे के करीब रहते हैं। यह हबर्ड एक्सिटॉन के पीछे चुंबकीय बंधन तंत्र है। छवि स्रोत: कैल्टेक
"उन्नत स्पेक्ट्रोस्कोपिक जांच का उपयोग करके, हम वास्तविक समय में चुंबकीय रूप से बंधे एक्सिटॉन (हबर्ड एक्सिटॉन) के उत्पादन और क्षय का निरीक्षण करने में सक्षम थे," अध्ययन के मुख्य लेखक उमर मेहियो (पीएचडी '23) ने कहा, हाल ही में कैलटेक स्नातक छात्र जिन्होंने कैलटेक भौतिकी के प्रोफेसर डेविड हसिह के साथ मिलकर काम किया था। मेचियो अब कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के कावेरी इंस्टीट्यूट में पोस्टडॉक्टरल फेलो हैं।
मेहियो बताते हैं, "अधिकांश इंसुलेटर में, विपरीत रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन और छेद परस्पर क्रिया करते हैं, जैसे इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन मिलकर हाइड्रोजन परमाणु बनाते हैं।" "हालांकि, एमओटी इंसुलेटर नामक एक विशेष सामग्री में, फोटोउत्तेजित इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को चुंबकीय इंटरैक्शन के माध्यम से संयोजित किया जाता है।"
संभावित अनुप्रयोग और प्रयोग
निष्कर्षों का उपयोग नई एक्साइटॉन-संबंधित प्रौद्योगिकियों या एक्साइटोनिक्स को विकसित करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें एक्साइटॉन को उनके चुंबकीय गुणों के माध्यम से हेरफेर किया जाएगा।
मेहियो ने कहा, "हबर्ड एक्सिटॉन और उनके चुंबकीय बंधन तंत्र पारंपरिक एक्साइटोनोलॉजी प्रतिमान से मौलिक रूप से भिन्न हैं, जो नई प्रौद्योगिकियों के पूरे पारिस्थितिकी तंत्र को विकसित करने के अवसर पैदा करते हैं जो पारंपरिक एक्साइटन सिस्टम के साथ संभव नहीं हैं।" "एक्साइटॉन और चुंबकत्व के एक ही सामग्री में बारीकी से जुड़े होने से नई प्रौद्योगिकियों का निर्माण हो सकता है जो दोनों गुणों का लाभ उठाती हैं।"
हबर्ड एक्सिटॉन उत्पन्न करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक इन्सुलेट सामग्री पर प्रकाश डाला जिसे एंटीफेरोमैग्नेटिक मॉट इंसुलेटर कहा जाता है। ये चुंबकीय सामग्रियां हैं जिनमें इलेक्ट्रॉन स्पिन को दोहराए जाने वाले, स्थिर पैटर्न में व्यवस्थित किया जाता है। प्रकाश इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है, जो छिद्रों को पीछे छोड़ते हुए अन्य परमाणुओं में चले जाते हैं।
"इन सामग्रियों में, जब इलेक्ट्रॉन या छेद क्रिस्टल जाली के माध्यम से यात्रा करते हैं, तो वे चुंबकीय उत्तेजना के निशान को पीछे छोड़ देते हैं," मेहियो ने कहा। "कल्पना करें कि आप बंजी कॉर्ड के एक छोर को अपने दोस्त से और दूसरे छोर को अपने आप से बांधते हैं। यदि आपका दोस्त आपसे दूर भागता है, तो आप महसूस करते हैं कि कॉर्ड आपको उस दिशा में खींच रहा है, और आप उसका अनुसरण करना शुरू कर देते हैं। यह एक प्रकाश-उत्तेजित इलेक्ट्रॉन और एक मॉट इंसुलेटर में उसके द्वारा छोड़े गए छेद के बीच होता है। हबर्ड एक्साइटन्स के लिए, एक्साइटन्स के जोड़े के बीच चुंबकीय उत्तेजना की स्ट्रिंग उसी उद्देश्य को पूरा करती है, जो कॉर्ड आपको आपके दोस्त से जोड़ती है।"
हबर्ड एक्सिटॉन के अस्तित्व को साबित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अल्ट्राफास्ट टाइम-डोमेन टेराहर्ट्ज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक एक विधि का उपयोग किया, जिसने उन्हें बहुत कम ऊर्जा पैमाने पर एक्साइटन के बहुत संक्षिप्त हस्ताक्षर देखने की अनुमति दी।
"एक्सिटॉन अस्थिर है क्योंकि इलेक्ट्रॉन छेद में वापस जाना चाहता है," ज़ी बताते हैं। "हमारे पास इस पुनर्संयोजन होने से पहले कम समय की खिड़की का पता लगाने का एक तरीका है, जो हमें यह देखने की अनुमति देता है कि हबर्ड एक्साइटन तरल पदार्थ क्षणिक रूप से स्थिर हैं।"