ग्रेफाइट की क्वांटम छलांग: एटोसेकंड विज्ञान कृत्रिम अतिचालकता का मार्ग प्रशस्त करता है

सबसे महत्वपूर्ण मूलभूत प्रक्रियाओं में से एक पदार्थ के साथ प्रकाश की अंतःक्रिया है, उदाहरण के लिए, यह समझना कि पौधे सौर ऊर्जा का उपयोग कैसे करते हैं या सौर सेल सूर्य के प्रकाश को बिजली में कैसे परिवर्तित करते हैं।

सामग्री विज्ञान का एक महत्वपूर्ण पहलू सामग्री या पदार्थों की क्वांटम स्थिति या कार्यक्षमता को बदलने के लिए प्रकाश का उपयोग है। सामग्रियों के कई-शरीर की गतिशीलता का यह अध्ययन समकालीन भौतिकी में मुख्य पहेलियों को संबोधित करता है, जैसे कि किसी भी क्वांटम चरण संक्रमण को क्या ट्रिगर करता है, या किसी सामग्री के गुण सूक्ष्म इंटरैक्शन से कैसे उत्पन्न होते हैं।

आईसीएफओ शोधकर्ताओं का नवीनतम शोध

आईसीएफओ के शोधकर्ता थेमिस सिदिरोपोलोस, निकोला डिपालो, एडम समर्स, स्टेफानो सेवेरिनो, मौरिज़ियो रेडुज़ी और जेन्स बीगर्ट ने नेचर कम्युनिकेशंस जर्नल में प्रकाशित एक हालिया शोध रिपोर्ट में बताया कि उन्होंने ग्रेफाइट की कई-शरीर अवस्था में हेरफेर करके ग्रेफाइट की चालकता में प्रकाश-प्रेरित वृद्धि और नियंत्रण देखा।

नवीन माप प्रौद्योगिकी

शोधकर्ताओं ने प्रकाश-पदार्थ मिश्रित अवस्था को प्रेरित करने के लिए 1850 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ वाहक पैकेट चरण-स्थिर उप-2-अवधि प्रकाश दालों का उपयोग किया। उन्होंने 285 ईवी पर ग्रेफाइटिक कार्बन के के-किनारे पर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की जांच करने के लिए 165 सेकंड की अवधि के साथ एटोसेकंड नरम एक्स-रे दालों का उपयोग किया। एटोसेकंड सॉफ्ट एक्स-रे अवशोषण माप, एटोसेकंड-स्पेस्ड पंप-जांच विलंब चरणों के साथ सामग्री की संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक संरचना से पूछताछ करता है। 1850 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर पंप करने से सामग्री में अत्यधिक प्रवाहकीय स्थिति उत्पन्न होती है। इस अवस्था का अस्तित्व पूरी तरह से प्रकाश और पदार्थ की परस्पर क्रिया के कारण है, इसलिए इसे प्रकाश-पदार्थ संकर कहा जाता है।

शोधकर्ता ऐसी स्थितियों में रुचि रखते हैं क्योंकि वे सामग्रियों को क्वांटम गुण विकसित करने की अनुमति देने का वादा करते हैं जो अन्य संतुलन राज्यों में मौजूद नहीं हैं, और इन क्वांटम राज्यों को प्रकाश की गति से कई टेराहर्ट्ज़ तक स्विच किया जा सकता है।

हालाँकि, वर्तमान में यह स्पष्ट नहीं है कि ये अवस्थाएँ सामग्री के अंदर कैसे व्यवहार करती हैं। इसलिए, प्रकाश-प्रेरित सुपरकंडक्टिविटी और अन्य टोपोलॉजिकल चरणों पर हालिया रिपोर्टों में कई अटकलें लगाई गई हैं। आईसीएफओ शोधकर्ताओं ने सामग्री के अंदर प्रकाश पदार्थ की स्थिति के व्यवहार को "निरीक्षण" करने के लिए पहली बार नरम एक्स-रे एटोसेकंड दालों का उपयोग किया।

अध्ययन के पहले लेखक थेमिससिडिरोपोलोस ने कहा: "सुसंगत पहचान, एटोसेकंड समय रिज़ॉल्यूशन और पंप और जांच के बीच एटोसेकंड सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकताएं एटोसेकंड विज्ञान द्वारा सक्षम इस प्रकार के नए शोध के लिए पूरी तरह से नवीन और मौलिक आवश्यकताएं हैं।"

ग्रेफाइट में इलेक्ट्रॉन गतिकी

प्रयोगकर्ता इलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन का निरीक्षण करने के लिए नमूने में भौतिक रूप से हेरफेर करते हैं। मुड़े हुए इलेक्ट्रॉनिक्स और मुड़े हुए बाइलेयर ग्राफीन के विपरीत, सिदिरोपोलोस बताते हैं: "नमूने में हेरफेर करने के बजाय, हम शक्तिशाली प्रकाश दालों के साथ सामग्री को वैकल्पिक रूप से उत्तेजित करते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा अवस्थाओं में उत्तेजित किया जाता है, और निरीक्षण करते हैं कि कैसे ये इलेक्ट्रॉन सामग्री में आराम करते हैं, न केवल व्यक्तिगत रूप से, बल्कि एक पूरे सिस्टम के रूप में आराम करते हैं, इन चार्ज वाहक और क्रिस्टल जाली के बीच की बातचीत को देखते हुए।"

यह देखने के लिए कि मजबूत स्पंदित प्रकाश से विकिरणित होने के बाद ग्रेफाइट में इलेक्ट्रॉन कैसे आराम करते हैं, उन्होंने एक व्यापक एक्स-रे स्पेक्ट्रम का उपयोग किया, पहले यह देखने के लिए कि प्रत्येक ऊर्जा अवस्था व्यक्तिगत रूप से कैसे आराम करती है, और दूसरी बार यह देखने के लिए कि संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली कैसे उत्तेजित होती है, जिससे विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर प्रकाश, वाहक और परमाणु नाभिक के बीच कई-शरीर की बातचीत का अवलोकन किया जाता है। इस प्रणाली को देखकर, उन्होंने पाया कि सभी चार्ज वाहक ऊर्जा स्तर इंगित करते हैं कि सामग्री की फोटोकंडक्टिविटी कुछ बिंदु पर बढ़ी है, जो सुपरकंडक्टिंग चरण के हस्ताक्षर या यादें दिखाती है।

सुसंगत स्वरों का अवलोकन करना

उन्होंने यह कैसे देखा? वास्तव में, पहले प्रकाशित एक लेख में, उन्होंने सुसंगत (गैर-यादृच्छिक) फ़ोनों के व्यवहार, या एक ठोस के अंदर परमाणुओं के सामूहिक उत्तेजना का अवलोकन किया। क्योंकि ग्रेफाइट में बहुत मजबूत (उच्च-ऊर्जा) फोनन सरणी होती है, ये फोनन क्रिस्टल जाली के यांत्रिक कंपन के माध्यम से सामग्री को नुकसान पहुंचाए बिना क्रिस्टल से बड़ी मात्रा में ऊर्जा को कुशलतापूर्वक स्थानांतरित कर सकते हैं। क्योंकि ये सुसंगत फ़ोनन तरंगों की तरह आगे-पीछे चलते हैं, ठोस में इलेक्ट्रॉन इन तरंगों पर सवारी करते प्रतीत होते हैं, जिससे टीम द्वारा देखी गई कृत्रिम अतिचालकता उत्पन्न होती है।

प्रभाव और संभावनाएँ

निष्कर्ष फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट या ऑप्टिकल कंप्यूटिंग में आशाजनक अनुप्रयोगों का सुझाव देते हैं, जहां प्रकाश का उपयोग इलेक्ट्रॉनों में हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है या प्रकाश का उपयोग भौतिक गुणों को नियंत्रित और हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है। जैसा कि जेन्स-बिगर्ट ने निष्कर्ष निकाला है, "कई-शरीर की गतिशीलता समकालीन भौतिकी के केंद्र में है और यकीनन सबसे चुनौतीपूर्ण समस्याओं में से एक है। यहां हम जो परिणाम प्राप्त करते हैं वह भौतिकी के नए क्षेत्रों को खोलते हैं और वास्तविक समय में पदार्थ के प्रासंगिक चरणों का अध्ययन और हेरफेर करने के नए तरीके प्रदान करते हैं, जो आधुनिक तकनीक के लिए महत्वपूर्ण है।"

संकलित स्रोत: ScitechDaily