कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पहले द्वि-आयामी भारी फर्मियन सामग्री को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया है। वैज्ञानिक पत्रिका नेचर में आज (17 जनवरी) प्रकाशित एक शोध लेख में उन्होंने नई सामग्री, सेरियम, सिलिकॉन और आयोडीन (CeSiI) से बना एक स्तरित इंटरमेटेलिक क्रिस्टल पेश किया है।
भारी फ़र्मिअन यौगिक सामग्रियों का एक वर्ग है जिसमें इलेक्ट्रॉन सामान्य से 1,000 गुना तक भारी होते हैं। इन सामग्रियों में, इलेक्ट्रॉन चुंबकीय स्पिन से उलझ जाते हैं, जिससे उनकी गति धीमी हो जाती है और उनका प्रभावी द्रव्यमान बढ़ जाता है। ऐसा माना जाता है कि यह इंटरैक्शन कई रहस्यमय क्वांटम घटनाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिसमें सुपरकंडक्टिविटी, शून्य प्रतिरोध के साथ विद्युत प्रवाह की गति शामिल है।
शोधकर्ता दशकों से भारी फ़र्मियन की खोज कर रहे हैं, लेकिन केवल भारी, त्रि-आयामी क्रिस्टल के रूप में। कोलंबिया विश्वविद्यालय के रसायनज्ञ जेवियर रॉय की प्रयोगशाला में डॉक्टरेट छात्र विक्टोरिया पोसी द्वारा संश्लेषित नई सामग्री, शोधकर्ताओं को एक आयाम नीचे गिराने की अनुमति देगी।
पोसी ने कहा, "हमने मौलिक भौतिकी की खोज और अद्वितीय क्वांटम चरणों का पता लगाने के लिए एक नई नींव रखी है।"
रॉय की प्रयोगशाला की नवीनतम सामग्रियों में से एक, CeSiI एक वैन डेर वाल्स क्रिस्टल है जिसे केवल कुछ परमाणुओं की मोटाई वाली परतों में एक्सफोलिएट किया जा सकता है। इससे द्वि-आयामी क्रिस्टल के संभावित क्वांटम गुणों के अलावा, थोक क्रिस्टल की तुलना में अन्य सामग्रियों के साथ हेरफेर करना और संयोजन करना आसान हो जाता है। "यह आश्चर्यजनक है कि पोसी और रॉय की प्रयोगशाला भारी फ़र्मियन को इतना छोटा और इतना पतला बनाने में सक्षम थी," कोलंबिया विश्वविद्यालय और ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी के भौतिक विज्ञानी, वरिष्ठ लेखक अभय पसुपति ने कहा। "जैसा कि हमने हाल ही में क्वांटम डॉट्स को दिए गए नोबेल पुरस्कार के साथ देखा, जब आप आकार छोटा करते हैं तो आप कई दिलचस्प चीजें कर सकते हैं।"
CeSiI: एक नई क्वांटम सीमा
क्योंकि मध्य सिलिकॉन वेफर चुंबकीय सेरियम परमाणुओं के बीच सैंडविच होता है, पोसी और उनके सहयोगियों को संदेह था कि CeSiI, जिसे पहली बार 1998 के पेपर में वर्णित किया गया था, में कुछ दिलचस्प इलेक्ट्रॉनिक गुण हो सकते हैं। उनका पहला पड़ाव (पॉसी द्वारा ट्रांसमिशन के लिए ऐसे अत्यधिक वायु-संवेदनशील क्रिस्टल को तैयार करने के बारे में पता लगाने के बाद) कोलंबिया विश्वविद्यालय के अभय पसुपति भौतिकी प्रयोगशाला में स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) था। एसटीएम के माध्यम से, उन्होंने भारी फर्मियन के विशिष्ट वर्णक्रमीय आकार का अवलोकन किया। पोसी ने फिर CeSiI के बराबर गैर-चुंबकीय सामग्रियों को संश्लेषित किया और दोनों सामग्रियों के इलेक्ट्रॉनों को उनकी ताप क्षमता के आधार पर तौला। CeSiI के इलेक्ट्रॉन भारी होते हैं। पोसी ने कहा, "दो सामग्रियों की तुलना करके - एक चुंबकीय स्पिन के साथ और एक चुंबकीय स्पिन के बिना - हम पुष्टि कर सकते हैं कि हमने एक भारी फर्मियन बनाया है।"
बाद में नमूने का परिसर और देश भर में अतिरिक्त विश्लेषण किया गया, जिसमें ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी की पसुपति प्रयोगशाला भी शामिल थी; इलेक्ट्रॉन परिवहन माप के लिए हार्वर्ड विश्वविद्यालय की फिलिप किंग प्रयोगशाला में; और इसके चुंबकीय गुणों का अध्ययन करने के लिए फ्लोरिडा में राष्ट्रीय उच्च चुंबकीय क्षेत्र प्रयोगशाला में। रास्ते में, कोलंबिया विश्वविद्यालय के सिद्धांतकार एंड्रयू मिलिस और मैक्स प्लैंक के एंजेल रुबियो ने टीम की टिप्पणियों को समझाने में मदद की।
भविष्य के अनुसंधान और सामग्री हेरफेर
अब से, कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ता वह करेंगे जो वे द्वि-आयामी सामग्रियों के साथ सबसे अच्छा करते हैं: उन्हें ढेर करना, तनाव देना, तोड़ना और यह देखने के लिए कि उनसे कौन से अद्वितीय क्वांटम व्यवहार प्राप्त किए जा सकते हैं। पसुपति ने क्वांटम महत्वपूर्ण बिंदुओं की खोज के लिए सामग्री के अपने पुस्तकालय में CeSiI को जोड़ने की योजना बनाई है, वे बिंदु जिन पर एक सामग्री एक अद्वितीय चरण से दूसरे में परिवर्तित होती है। चौराहे पर, अतिचालकता जैसी दिलचस्प घटनाएं घटित हो सकती हैं।
रॉय के समूह में एक पोस्टडॉक, सह-संबंधित लेखक माइकल ज़ीबेल ने कहा, "द्वि-आयामी सीमा में सीईएसआईआई में हेरफेर करने से हमें क्वांटम महत्वपूर्णता प्राप्त करने के नए तरीके तलाशने की अनुमति मिलेगी, जो हमें नई सामग्रियों के डिजाइन में मार्गदर्शन कर सकती है।"
रसायन विज्ञान विभाग में वापस, पोसी, जिन्होंने आवश्यक वायु-मुक्त संश्लेषण तकनीकों में महारत हासिल कर ली थी, व्यवस्थित रूप से क्रिस्टल में परमाणुओं को प्रतिस्थापित कर रहे थे - उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम या गैलियम जैसी अन्य धातुओं के लिए सिलिकॉन की अदला-बदली - अध्ययन के लिए अपने स्वयं के अद्वितीय गुणों के साथ प्रासंगिक भारी फ़र्मियन बनाने के लिए। रॉय ने कहा, "हमने शुरू में सोचा था कि CeSiI एकबारगी था।" "लेकिन यह परियोजना मेरे शोध समूह में एक नई रसायन शास्त्र के रूप में विकसित हुई है।"
संकलित स्रोत: ScitechDaily