एक बहुराष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान टीम द्वारा पूरा किए गए एक नए अध्ययन ने पहली बार रोजमर्रा की धातुओं में बेहद कमजोर चुंबकीय संकेतों को पकड़ा है, जिससे सोना, तांबा, एल्यूमीनियम और अन्य धातुएं जिन्हें "चुंबकीय मौन" माना जाता है, "दूसरे पक्ष" को प्रकट करने की अनुमति मिलती है जो लगभग 150 वर्षों से छिपा हुआ है। प्रासंगिक परिणाम "नेचर कम्युनिकेशंस" में प्रकाशित किए गए हैं और माना जाता है कि इससे धातुओं में इलेक्ट्रॉन व्यवहार के अध्ययन के लिए एक नई खिड़की खुल गई है।
चुंबकीय क्षेत्र में धारा विक्षेपण की घटना को समझाने के लिए 19वीं शताब्दी के अंत में क्लासिक "हॉल प्रभाव" की खोज की गई थी। यह प्रभाव लोहे जैसी लौहचुंबकीय सामग्रियों में काफी स्पष्ट है, लेकिन तांबे और सोने जैसी गैर-चुंबकीय धातुओं में बेहद कमजोर है। सैद्धांतिक रूप से, इससे प्राप्त "ऑप्टिकल हॉल प्रभाव" भी मौजूद होना चाहिए, लेकिन दृश्य प्रकाश बैंड में इसका संकेत इतना कमजोर है कि इसे लंबे समय तक प्रयोगात्मक साधनों द्वारा सीधे नहीं देखा जा सकता है। शोध दल ने कहा कि यह शोरगुल वाले कमरे में फुसफुसाहट पकड़ने की कोशिश करने जैसा था। "हर कोई मानता है कि फुसफुसाहट मौजूद है, लेकिन पर्याप्त संवेदनशील 'माइक्रोफोन' का अभाव है।"
शोध का नेतृत्व हिब्रू विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट छात्र नदाव एम शालोम और प्रोफेसर अमीर कैपुआ ने वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस, पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी और मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के सहयोगियों के सहयोग से किया था। उनका लक्ष्य: धातुओं में इन लगभग अदृश्य चुंबकीय प्रतिक्रियाओं को मापना जो रोजमर्रा की जिंदगी में पूरी तरह से "गैर-चुंबकीय" प्रतीत होती हैं। कैपुआ ने बताया कि लोग तांबे और सोने को चुंबकीय रूप से "शांत धातु" के रूप में सोचने के आदी हैं - वे लोहे की तरह रेफ्रिजरेटर के दरवाजे से नहीं चिपकेंगे, लेकिन सही परिस्थितियों में, वे अभी भी बेहद सूक्ष्म तरीकों से चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करेंगे।
इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, टीम ने मौजूदा "मैग्नेटो-ऑप्टिकल केर इफेक्ट" (एमओकेई) माप पद्धति की संवेदनशीलता को महत्वपूर्ण रूप से उन्नत किया। MOKE का सिद्धांत एक नमूने को लेजर से विकिरणित करना और परावर्तित प्रकाश के ध्रुवीकरण परिवर्तन को देखकर अप्रत्यक्ष रूप से सामग्री में चुंबकीय जानकारी को पढ़ना है। शोधकर्ताओं ने 440 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ एक नीले लेजर का उपयोग किया और शोर पृष्ठभूमि से सिग्नल को "उठाने" के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को दृढ़ता से संशोधित किया। सुधारों के इस सेट के लिए धन्यवाद, तांबा, सोना, एल्यूमीनियम, टैंटलम और प्लैटिनम जैसी धातुओं की श्रृंखला में बेहद कमजोर चुंबकीय संकेतों को पहली बार दृश्य प्रकाश रेंज में सीधे पता लगाया जा सकता है।
अध्ययन में पाया गया कि ये प्रायोगिक परिणाम कुछ हद तक क्लासिक लोरेंत्ज़-ड्रूड सिद्धांत के अनुरूप हैं, जिसका उपयोग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों के गति व्यवहार का वर्णन करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, वास्तविक डेटा ने उन विवरणों को भी उजागर किया है जिन्हें शास्त्रीय सिद्धांत द्वारा पूरी तरह से कवर नहीं किया जा सकता है, जैसे कि सिग्नल में प्लाज्मा गतिशीलता और अंतर-बैंड संक्रमण का अतिरिक्त योगदान, जिसका अर्थ है कि धातुओं में इलेक्ट्रॉनों की प्रतिक्रिया मौजूदा मॉडलों द्वारा दर्शाई गई तुलना में अधिक जटिल है। और भी अप्रत्याशित रूप से, प्रयोग में "शोर" पूरी तरह से यादृच्छिक नहीं था, लेकिन धातु की स्पिन-कक्षा युग्मन शक्ति के साथ एक स्पष्ट संबंध दिखाया गया था।
तथाकथित स्पिन-ऑर्बिट युग्मन इलेक्ट्रॉन के स्वयं के स्पिन और उसकी कक्षीय गति के बीच युग्मन है। इसे स्पिंट्रोनिक्स और टोपोलॉजिकल सामग्री जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों में एक प्रमुख पैरामीटर माना जाता है। टीम के विश्लेषण का मानना है कि स्पिन-ऑर्बिट युग्मन में वृद्धि के साथ इस तरह का "प्रवर्धित" शोर वास्तव में प्रकाश और इलेक्ट्रॉन स्पिन के बीच बातचीत का उत्पाद है, और सामग्री में गिल्बर्ट डंपिंग की वृद्धि से संबंधित है, यानी सामग्री में चुंबकीय ऊर्जा के अपव्यय की प्रक्रिया। दूसरे शब्दों में, इन प्रतीत होने वाले गन्दे "स्थैतिक शोर" के पीछे स्वतंत्रता की स्पिन डिग्री द्वारा बताई गई बहुमूल्य जानकारी निहित है।
शोधकर्ताओं ने इस खोज का वर्णन इस प्रकार किया: "यह इस खोज की तरह है कि रेडियो पर सरसराहट शुद्ध हस्तक्षेप नहीं है, बल्कि कोई अंदर फुसफुसा रहा है।" अत्यधिक संवेदनशील ऑप्टिकल साधनों के माध्यम से, उन्होंने इलेक्ट्रॉन स्पिन से इन कमजोर संकेतों को "समझना" शुरू किया। पारंपरिक विद्युत मापों की तुलना में जिसमें वायरिंग और इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है, इस विशुद्ध रूप से ऑप्टिकल विधि में नैनोस्केल नमूनों पर वायरिंग की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे प्रयोगात्मक जटिलता और नमूने में गड़बड़ी कम हो जाती है।
चूंकि माप के लिए केवल लेजर बीम और एक मध्यम बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है, और यह बेहद कम तापमान या अल्ट्रा-मजबूत चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर नहीं होता है, इस विधि से इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान में संभावित अनुप्रयोगों के लिए उच्च उम्मीदें हैं। पेपर बताता है कि इस तकनीक से चुंबकीय भंडारण, स्पिन इलेक्ट्रॉनिक्स और क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्रों में काम करने की उम्मीद है, जिससे शोधकर्ताओं को वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों में सामग्रियों के अंदर चुंबकीय और विद्युत इंटरैक्शन को अधिक सटीक रूप से चित्रित करने में मदद मिलेगी। डिवाइस इंजीनियरिंग के लिए, इसका मतलब वास्तविक अनुप्रयोग वातावरण के करीब स्थितियों के तहत सामग्रियों के "चुंबकीय अंधेरे पक्ष" का संपर्क रहित निदान है।
उल्लेखनीय है कि यह कार्य एक प्रकार से हॉल प्रभाव के खोजकर्ता एडविन हॉल की "अधूरी इच्छा" को पूरा करता है। 1881 में अपने प्रारंभिक शोध में, हॉल ने संबंधित प्रभावों का निरीक्षण करने के लिए ऑप्टिकल तरीकों का उपयोग करने की कोशिश की, लेकिन उस समय तकनीकी सीमाओं के कारण असफल रहे। उन्होंने लेख में अफसोस जताया कि यदि चांदी का प्रभाव लोहे के दसवें हिस्से तक पहुंच सकता है, तो उन्हें ऑप्टिकल प्रभाव देखने में सक्षम होना चाहिए, लेकिन दुर्भाग्य से उन्होंने कोई संकेत नहीं देखा। अब, आवृत्ति और प्रयोगात्मक स्थितियों की अच्छी ट्यूनिंग के माध्यम से, शोधकर्ताओं की एक नई पीढ़ी अंततः उन घटनाओं को "देखने" के लिए प्रकाश का उपयोग कर सकती है जो उस समय अप्राप्य थीं।
इस उपलब्धि के पीछे एक सदी से भी अधिक समय से प्रयोगात्मक तरीकों की संवेदनशीलता में संचयी सुधार है। वैज्ञानिक समुदाय के लिए, रोजमर्रा की धातुओं में "चुंबकीय फुसफुसाहट" का वह हिस्सा अब पूरी तरह से छिपा नहीं है, बल्कि प्रयोगात्मक डेटा में तब्दील हो गया है जिसे रिकॉर्ड और विश्लेषण किया जा सकता है। भविष्य की प्रौद्योगिकी के लिए, ये गुप्त चुंबकीय सुराग किसी बिंदु पर भंडारण, कंप्यूटिंग और क्वांटम उपकरणों की नई पीढ़ी के विकास को बढ़ावा देने के लिए एक महत्वपूर्ण पहेली बन सकते हैं।