कोलोन विश्वविद्यालय के भौतिकविदों की एक टीम ने संघनित पदार्थ भौतिकी में एक लंबे समय से चली आ रही पहेली को हल कर दिया है: उन्होंने एक कृत्रिम परमाणु में प्रत्यक्ष रूप से दिखाई देने वाले कोंडो प्रभाव (चुंबकीय अशुद्धियों के कारण धातुओं में इलेक्ट्रॉनों का पुनर्संयोजन) को देखा है। यह अतीत में असफल रहा है क्योंकि अधिकांश माप तकनीकें अक्सर परमाणुओं की चुंबकीय कक्षाओं का सीधे निरीक्षण नहीं करती हैं।
हालाँकि, कोलोन विश्वविद्यालय में प्रायोगिक भौतिकी संस्थान के डॉ. वाउटर जोली के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल ने ग्राफीन धातु शीट के ऊपर तैरते एक-आयामी तार के भीतर एक कृत्रिम ट्रैक पर कोंडो प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए एक नई तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने हाल ही में नेचर फिजिक्स में प्रकाशित एक पेपर में अपने निष्कर्षों की सूचना दी।
जब धातु में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन चुंबकीय परमाणुओं का सामना करते हैं, तो वे परमाणु स्पिन से प्रभावित होंगे-परमाणु स्पिन प्राथमिक कण का चुंबकीय ध्रुव है। परमाणु स्पिन के प्रभाव को ढालने के लिए, इलेक्ट्रॉनों का समुद्र परमाणुओं के करीब इकट्ठा होता है, जिससे एक नई कई-शरीर स्थिति बनती है, जिसे कोंडो अनुनाद कहा जाता है। अक्सर चुंबकीय परमाणुओं के साथ धातुओं की परस्पर क्रिया का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालाँकि, अन्य प्रकार की अंतःक्रियाएँ बहुत समान प्रयोगात्मक विशेषताओं को जन्म देती हैं, जिससे सतह पर व्यक्तिगत चुंबकीय परमाणुओं पर कोंडो प्रभाव की भूमिका पर सवाल उठते हैं।
भौतिकविदों ने यह दिखाने के लिए एक नई प्रायोगिक विधि का उपयोग किया कि उनका एक-आयामी तार भी कोंडो प्रभाव से प्रभावित होता है: तार में इलेक्ट्रॉन खड़ी तरंगें बनाते हैं, जिन्हें विस्तारित परमाणु कक्षाओं के रूप में माना जा सकता है। यह कृत्रिम कक्षा, इलेक्ट्रॉन समुद्र के साथ इसका युग्मन, और कक्षा और इलेक्ट्रॉन समुद्र के बीच गुंजयमान स्विचिंग सभी को स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी के साथ चित्रित किया जा सकता है। यह प्रायोगिक तकनीक परमाणु रिज़ॉल्यूशन पर इलेक्ट्रॉनों को मापने के लिए एक तेज धातु सुई का उपयोग करती है। इससे अनुसंधान दल को अद्वितीय परिशुद्धता के साथ कोंडो प्रभाव को मापने की अनुमति मिली।
"सतह पर चुंबकीय परमाणुओं के लिए, यह एक कहानी की तरह है: एक व्यक्ति जिसने कभी हाथी नहीं देखा है, एक अंधेरे कमरे में उसे एक बार छूकर उसके आकार की कल्पना करने की कोशिश करता है। यदि आप केवल ट्रंक को छूते हैं, तो जिस जानवर की आप कल्पना करते हैं, यदि आप उसे छूते हैं तो वह बगल से पूरी तरह से अलग होता है," प्रयोग करने वाले डॉक्टरेट छात्र कैमियल वैन एफेरेन ने कहा। "लंबे समय तक, केवल कोंडो अनुनादों को मापा गया था। लेकिन इन मापों में देखे गए संकेतों के अन्य स्पष्टीकरण हो सकते हैं, जैसे हाथी की सूंड सांप की भी हो सकती है।"
इंस्टीट्यूट ऑफ एक्सपेरिमेंटल फिजिक्स का अनुसंधान समूह द्वि-आयामी सामग्रियों (परमाणुओं की केवल कुछ परतों से युक्त क्रिस्टलीय ठोस) के विकास और अन्वेषण में माहिर है, जैसे ग्राफीन और सिंगल-लेयर मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (MoS2)। उन्होंने पाया कि दो MoS2 क्रिस्टलों के इंटरफेस पर, जिनमें से एक दूसरे की दर्पण छवि है, धातु परमाणुओं के तंतु बनते हैं।
स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, वे -272.75 डिग्री सेल्सियस (0.4 केल्विन) के आश्चर्यजनक रूप से कम तापमान पर चुंबकीय स्थिति और कोंडो प्रतिध्वनि को एक साथ मापने में सक्षम थे, जिस तापमान पर कोंडो प्रभाव होता है।
सिद्धांत और प्रयोगात्मक डेटा के बीच सहसंबंध
जॉली कहते हैं, "हालांकि हमारे माप से इसमें कोई संदेह नहीं है कि हम कोंडो प्रभाव देख रहे हैं, हम अभी तक नहीं जानते हैं कि हमारे अपरंपरागत दृष्टिकोण की तुलना सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से कैसे की जाती है।" इस उद्देश्य के लिए, टीम ने दो सैद्धांतिक भौतिकविदों, कोलोन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर अचिम रोश और जूलिच रिसर्च सेंटर के डॉ. थियो कोस्टी की मदद ली, जो कोंडो भौतिकी के विश्व-प्रसिद्ध विशेषज्ञ थे।
जूलिच के सुपरकंप्यूटर में प्रयोगात्मक डेटा के विश्लेषण से पता चला कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं में कृत्रिम कक्षाओं के आकार के आधार पर कोंडो अनुनाद की सटीक भविष्यवाणी की जा सकती है, इस प्रकार फिलिप डब्ल्यू एंडरसन द्वारा दशकों पहले की गई भविष्यवाणी की पुष्टि की जा सकती है, जो संघनित पदार्थ भौतिकी के संस्थापकों में से एक है।
वैज्ञानिक अब और भी अधिक विदेशी घटनाओं का अध्ययन करने के लिए अपनी चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं का उपयोग करने की योजना बना रहे हैं। "सुपरकंडक्टर या क्वांटम स्पिन तरल पर हमारे एक-आयामी तारों को रखकर, हम इलेक्ट्रॉनों के अलावा क्वासिपार्टिकल्स द्वारा उत्पादित कई-शरीर वाले राज्यों का निर्माण कर सकते हैं। अब इन इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप पदार्थ की आकर्षक स्थितियों को स्पष्ट रूप से देखना संभव है, जो हमें उन्हें पूरी तरह से नए स्तर पर समझने की अनुमति देगा, "कामिल वैन एफ्रेन बताते हैं।