फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी की एक शोध टीम ने हाल ही में एक बिल्कुल नए क्रिस्टल पदार्थ का संश्लेषण किया। इसके आंतरिक परमाणु स्पिन अब पारंपरिक चुम्बकों की तरह सुव्यवस्थित रूप से व्यवस्थित नहीं हैं, बल्कि नियमित रूप से दोहराए जाने वाले भंवर जैसी "स्पिन बनावट" बनाते हैं। यह चुंबकीय व्यवहार प्रदर्शित करता है जो पारंपरिक चुंबकीय सामग्रियों से बिल्कुल अलग है। ऐसा माना जाता है कि यह उच्च-घनत्व डेटा भंडारण, कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और भविष्य की क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी की सेवा प्रदान करेगा।
शोधकर्ताओं ने एक सरल "संरचना प्रतियोगिता" रणनीति का उपयोग किया: समान रासायनिक संरचना वाले लेकिन विभिन्न क्रिस्टल समरूपता वाले दो यौगिकों को मिलाकर - एक मैंगनीज, कोबाल्ट और जर्मेनियम से बना है, और दूसरा मैंगनीज, कोबाल्ट और आर्सेनिक से बना है, जो आवर्त सारणी में पड़ोसी हैं। दो क्रिस्टल संरचनाएं एक ही समय में घटकों के जंक्शन पर पूरी तरह से स्थिर नहीं रह सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित "संरचनात्मक निराशा" होती है। यह अस्थिरता सूक्ष्म स्तर पर चुंबकीय "हताशा" में "अनुवादित" होती है, जिससे परमाणु स्पिन विकृत हो जाती है, और अंततः क्रिस्टल के अंदर स्वचालित रूप से आवधिक भंवर पैटर्न में व्यवस्थित हो जाती है।
पारंपरिक चुम्बकों में, बड़ी संख्या में परमाणु स्पिन छोटे तीरों की तरह एक ही दिशा में या एक साधारण एंटी-समानांतर व्यवस्था में बड़े करीने से इंगित होते हैं, जो कंप्यूटर हार्ड ड्राइव और स्मार्टफ़ोन जैसे उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले परिचित मैक्रोस्कोपिक चुंबकत्व का निर्माण करते हैं। इस कार्य में वैज्ञानिक अनुसंधान दल द्वारा खोजी गई नई सामग्रियों में, स्पिन अब केवल पंक्तिबद्ध नहीं हैं, बल्कि अधिक जटिल रिंग-जैसी और तरंग-जैसी संरचनाएं बनाते हैं, तथाकथित "स्पिन बनावट", जिसमें "स्किर्मियन" के समान सर्पिल या साइक्लोइडल कॉन्फ़िगरेशन शामिल हैं। इस प्रकार की टोपोलॉजिकल स्पिन संरचना संघनित पदार्थ भौतिकी और सामग्री रसायन विज्ञान के क्षेत्र में एक अत्याधुनिक अनुसंधान हॉटस्पॉट है।
इस स्किर्मियन जैसी चुंबकीय संरचना को निर्धारित करने के लिए, टीम ने TOPAZ सिंगल क्रिस्टल न्यूट्रॉन डिफ्रेक्टोमीटर पर नमूने पर सटीक माप करने के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग के ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी की "स्पलैश न्यूट्रॉन सोर्स" उपयोगकर्ता सुविधा का उपयोग किया, और इसे उच्च आत्मविश्वास के साथ जटिल चुंबकीय संरचना का विश्लेषण करने के लिए नए विकसित डेटा प्रोसेसिंग और मशीन लर्निंग टूल्स के साथ जोड़ा। शोधकर्ताओं ने बताया कि यह क्षमता उन्हें न केवल अजीब स्पिन बनावट की "खोज" करने की अनुमति देती है, बल्कि मांग पर इन चुंबकीय संरचनाओं को "डिजाइन और अनुकूलित" करने की दिशा में भी आगे बढ़ती है, जो सूचना और क्वांटम प्रौद्योगिकी में सामग्री डिजाइन के लिए एक नया मार्ग प्रदान करती है।
अनुप्रयोग की संभावनाओं के दृष्टिकोण से, स्किर्मियन जैसी स्पिन बनावट वाली इस प्रकार की सामग्री को उच्च सूचना घनत्व के साथ हार्ड ड्राइव या स्टोरेज मीडिया विकसित करने और इलेक्ट्रॉन ट्रांसमिशन दक्षता में सुधार के लिए आशाजनक माना जाता है। चूंकि चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से स्किर्मियनों को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा बेहद कम है, इसलिए उन्हें इलेक्ट्रॉनिक या स्पिंट्रोनिक उपकरणों में पेश करने से ऊर्जा की खपत में काफी कमी आने की उम्मीद है। विशेष रूप से हजारों या यहां तक कि हजारों प्रोसेसर वाले बड़े सुपरकंप्यूटिंग सिस्टम में, बिजली और शीतलन लागत में बचत बेहद महत्वपूर्ण हो सकती है।
इसके अलावा, शोधकर्ताओं का मानना है कि "संरचनात्मक हताशा" पर आधारित यह डिज़ाइन विचार उन सामग्रियों को खोजने के लिए सुराग भी प्रदान कर सकता है जिनका उपयोग "दोष-सहिष्णु" क्वैबिट बनाने के लिए किया जा सकता है। तथाकथित दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग, शोर और त्रुटियों के साथ वास्तविक वातावरण में क्वांटम जानकारी को संग्रहीत और संचालित करने में सक्षम बनाने के लिए सामग्री और संरचनात्मक डिजाइन के उपयोग को संदर्भित करता है। इसे क्वांटम सूचना प्रसंस्करण की "पवित्र कब्र" माना जाता है, और जटिल स्पिन बनावट सामग्री को इस तरह के समाधान को साकार करने का एक संभावित मार्ग माना जाता है।
पिछले मार्ग से भिन्न जो "भौतिक शिकार" पर अधिक निर्भर था, यह शोध एक प्रकार की "रासायनिक सोच" पर जोर देता है: अब केवल ज्ञात सामग्री पुस्तकालय में विशिष्ट समरूपता वाले उम्मीदवारों की "खोज" नहीं करता है, बल्कि संरचना और स्पिन के बीच आंतरिक संबंध से शुरू होता है, अपेक्षित चुंबकीय बनावट को प्रेरित करने के लिए सक्रिय रूप से सामग्री और क्रिस्टल ढांचे के संयोजन को डिजाइन करता है। अनुसंधान टीम ने कहा कि वे एक पूर्वानुमानित क्षमता का निर्माण करने की उम्मीद करते हैं - तत्वों और संरचनाओं के संयोजन को पहले से निर्धारित करके, वे केवल प्रयोगात्मक परीक्षण और त्रुटि पर निर्भर रहने के बजाय कागज पर संभावित नई सामग्रियों और उनकी चुंबकीय विशेषताओं को निकाल सकते हैं।
इस पद्धति का एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त लाभ यह है कि इससे कच्चे माल के चयन का काफी विस्तार होने की उम्मीद है जिसका उपयोग स्किर्मियन जैसी स्पिन बनावट का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है, जिससे कम लागत, आसान क्रिस्टल विकास और अधिक मजबूत आपूर्ति श्रृंखला के साथ एक सामग्री प्रणाली मिल सकती है, जो भविष्य में बड़े पैमाने पर प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए अधिक अनुकूल है। संबंधित परिणाम अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल में "संरचनात्मक हताशा से उत्पन्न होने वाली सामग्रियों में स्किर्मियन जैसी स्पिन बनावट का उद्भव" शीर्षक के तहत प्रकाशित किए गए थे। उपयोग की जाने वाली अनुसंधान सुविधाओं में फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी प्रायोगिक मंच और ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी की न्यूट्रॉन बिखरने की सुविधा शामिल है, और इसे राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
/ScitechDaily से संकलित