नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ़ सिंगापुर के भौतिकविदों ने एक अवधारणा का आविष्कार किया है जो द्वि-आयामी सामग्रियों में स्पिन विभाजन को प्रेरित और सीधे निर्धारित कर सकता है। इस अवधारणा का उपयोग करके, उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से ग्राफीन में बड़ी ट्यूनेबिलिटी और उच्च स्तर के स्पिन ध्रुवीकरण को प्राप्त किया। इस शोध परिणाम में द्वि-आयामी स्पिन इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र के विकास को बढ़ावा देने और कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स पर लागू होने की क्षमता है।
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, विशेष रूप से पर्सनल कंप्यूटर और स्मार्टफोन जैसे उपकरणों के सामने एक बड़ी चुनौती, ऊष्मा ऊर्जा का उत्पादन है जब विद्युत धारा किसी सामग्री से गुजरती है, जिससे सामग्री का तापमान बढ़ जाता है।
एक संभावित समाधान लॉजिक सर्किट में चार्ज के बजाय स्पिन का उपयोग करना है। चूंकि जूल हीटिंग कम या समाप्त हो गई है, ये सर्किट सैद्धांतिक रूप से कम बिजली की खपत और अल्ट्रा-फास्ट गति प्रदान कर सकते हैं। इसने स्पिंट्रोनिक्स के उभरते क्षेत्र को जन्म दिया।
ग्राफीन स्पिंट्रोनिक्स के लिए एक आदर्श 2डी सामग्री है क्योंकि इसकी लंबी स्पिन प्रसार लंबाई और कमरे के तापमान पर भी लंबी स्पिन जीवनकाल है। हालाँकि ग्राफीन में स्वयं स्पिन ध्रुवता नहीं होती है, इसे चुंबकीय सामग्री के पास रखने से यह स्पिन-विभाजन व्यवहार प्रदर्शित करने के लिए प्रेरित हो सकता है। हालाँकि, वर्तमान में दो प्रमुख चुनौतियाँ मौजूद हैं। एक स्पिन विभाजन ऊर्जा को निर्धारित करने के लिए एक सीधी विधि की कमी है, और दूसरा यह है कि ग्राफीन की स्पिन विशेषताएं और ट्यूनेबिलिटी सीमित हैं।
ग्राफीन स्पिंट्रोनिक्स में निर्णायक
सिंगापुर के राष्ट्रीय विश्वविद्यालय में भौतिकी विभाग के प्रोफेसर एरिडो के नेतृत्व में एक शोध दल ने लैंडौ सेक्टर शिफ्ट का उपयोग करके चुंबकीय ग्राफीन में स्पिन विभाजन ऊर्जा को सीधे मापने के लिए एक अभिनव अवधारणा का प्रस्ताव दिया है। लैंडौ सेक्टर शिफ्ट, आवेश वाहक बनाम दोलन आवृत्ति के एक रैखिक फिट की साजिश रचते समय अवरोधन में बदलाव है, जो चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कणों के ऊर्जा स्तर के विभाजन के कारण होता है। इसका उपयोग पदार्थ के मूलभूत गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।
इसके अलावा, प्रेरित स्पिन विभाजन ऊर्जा को फ़ील्ड कूलिंग नामक तकनीक द्वारा एक विस्तृत श्रृंखला में ट्यून किया जा सकता है। ग्राफीन में देखा गया उच्च स्पिन ध्रुवीकरण, इसकी स्पिन विभाजन ऊर्जा की ट्यूनेबिलिटी के साथ मिलकर, कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए दो-आयामी स्पिंट्रोनिक्स के विकास के लिए एक आशाजनक अवसर प्रदान करता है।
निष्कर्ष हाल ही में एडवांस्ड मटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित हुए थे।
प्रायोगिक सत्यापन और सैद्धांतिक समर्थन
शोधकर्ताओं ने अपनी पद्धति को मान्य करने के लिए कई प्रयोग किए। उन्होंने सबसे पहले चुंबकीय इन्सुलेटिंग ऑक्साइड Tm3Fe5O12 (TmIG) पर ग्राफीन की एक परत बिछाकर चुंबकीय ग्राफीन संरचना बनाई। इस अनूठी संरचना ने उन्हें लैंडौ सेक्टर शिफ्ट का उपयोग करके चुंबकीय ग्राफीन में 132meV के स्पिन विभाजन ऊर्जा मूल्य को सीधे मापने की अनुमति दी।
लैंडौ सेक्टर शिफ्ट और स्पिन विभाजन ऊर्जा के बीच सीधे संबंध की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ग्राफीन में स्पिन विभाजन की डिग्री को ट्यून करने के लिए फील्ड कूलिंग प्रयोग किए। उन्होंने स्पिन ध्रुवीकरण की उत्पत्ति को प्रकट करने के लिए सिंगापुर सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स में एक्स-रे मैग्नेटिक सर्कुलर डाइक्रोइज्म (एक्स-रे मैग्नेटिक सर्कुलर डाइक्रोइज्म) तकनीक भी लागू की।
शोध पत्र के पहले लेखक और नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ सिंगापुर में भौतिकी विभाग के एक वरिष्ठ शोधकर्ता डॉ. वू जुनक्सिओनग ने कहा, "हमारा काम चुंबकीय सामग्रियों में स्पिन विभाजन को सीधे मापने के लिए लैंडौ सेक्टर शिफ्ट का उपयोग करने की अवधारणा का प्रस्ताव देकर द्वि-आयामी स्पिंट्रोनिक्स में लंबे समय से चले आ रहे विवाद को हल करता है।"
अपने प्रायोगिक निष्कर्षों को और अधिक समर्थन देने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले सिद्धांतों का उपयोग करके स्पिन विभाजन ऊर्जा की गणना करने के लिए चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के प्रोफेसर क़ियाओ झेनहुआ के नेतृत्व में एक सैद्धांतिक टीम के साथ सहयोग किया। प्राप्त सैद्धांतिक परिणाम प्रयोगात्मक डेटा के अनुरूप हैं। इसके अलावा, उन्होंने फ़ील्ड कूलिंग द्वारा स्पिन विभाजन ऊर्जा की ट्यूनेबिलिटी की गहरी समझ हासिल करने के लिए एक घटनात्मक मॉडल के आधार पर प्रयोगात्मक डेटा को फिट करने के लिए मशीन लर्निंग का उपयोग किया।
प्रोफेसर एरियांडो ने कहा: "हमारा काम परमाणु रूप से पतली सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन स्पिन उत्पन्न करने, पता लगाने और हेरफेर करने के लिए एक शक्तिशाली और अद्वितीय मार्ग विकसित करता है। यह सामग्री विज्ञान में कृत्रिम बुद्धि के व्यावहारिक अनुप्रयोग को भी प्रदर्शित करता है। 2डी मैग्नेट और परमाणु रूप से पतले वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर में स्टैकिंग-प्रेरित चुंबकत्व के क्षेत्र में तेजी से विकास और बड़ी रुचि के साथ, हमारा मानना है कि हमारे परिणामों को विभिन्न 2डी चुंबकीय प्रणालियों के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है।"
इस प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययन के आधार पर, टीम कमरे के तापमान पर स्पिन धाराओं में हेरफेर का पता लगाने की योजना बना रही है। उनका लक्ष्य अपने शोध परिणामों को द्वि-आयामी स्पिन लॉजिक सर्किट और चुंबकीय मेमोरी/सेंसिंग उपकरणों के विकास में लागू करना है। धाराओं के स्पिन ध्रुवीकरण को प्रभावी ढंग से विनियमित करने की क्षमता सभी-इलेक्ट्रिक स्पिन क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर को साकार करने की नींव रखती है, जो कम-शक्ति और अल्ट्रा-हाई-स्पीड इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के एक नए युग की शुरुआत करती है।
संकलित स्रोत: ScitechDaily