টপোলজিকাল উপকরণের জন্য একটি পর্যায় সারণী

একটি টপোলজিক্যাল উপাদান কি?

সবচেয়ে আকর্ষণীয় টপোলজিকাল উপকরণ হল টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর, যেগুলি এমন উপাদান যা প্রচুর পরিমাণে নিরোধক, কিন্তু পৃষ্ঠের উপর সঞ্চালন করে। এই উপকরণগুলিতে, পরিবাহী চ্যানেলগুলি যেখানে ইলেকট্রনিক কারেন্ট প্রবাহিত হয় খুব শক্তিশালী। তারা কিছু বাহ্যিক ব্যাঘাত থেকে স্বাধীনভাবে টিকে থাকে যা পরীক্ষায় থাকতে পারে, যেমন দুর্বল ব্যাধি বা তাপমাত্রার ওঠানামা, এবং তারা আকারের থেকেও স্বাধীন। এটি খুব আকর্ষণীয় কারণ এর অর্থ এই উপকরণগুলির একটি ধ্রুবক প্রতিরোধ, একটি ধ্রুবক পরিবাহিতা রয়েছে। ইলেকট্রনিক কারেন্টের এমন শক্ত নিয়ন্ত্রণ থাকা অনেক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য দরকারী।

টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর কিছু উদাহরণ কি কি?

সর্বাধিক পরিচিত উদাহরণ সম্ভবত গ্যালিয়াম আর্সেনাইড, যা একটি দ্বি-মাত্রিক সেমিকন্ডাক্টর যা প্রায়শই পূর্ণসংখ্যা কোয়ান্টাম হল প্রভাবের পরীক্ষায় ব্যবহৃত হয়। টপোলজিকাল ইনসুলেটরগুলির নতুন প্রজন্মের মধ্যে, সবচেয়ে পরিচিত একটি হল বিসমাথ সেলেনাইড, কিন্তু এটি ততটা ব্যাপক মনোযোগ অর্জন করেনি।

কেন আপনি এবং আপনার সহকর্মীরা নতুন টপোলজিকাল উপকরণ অনুসন্ধান করার সিদ্ধান্ত নিয়েছেন?

সেই সময়ে, বাজারে সেগুলির মধ্যে মাত্র কয়েকটি ছিল, এবং আমরা ভেবেছিলাম, "ঠিক আছে, যদি আমরা এমন একটি পদ্ধতি বিকাশ করতে পারি যা দ্রুত টপোলজি গণনা বা নির্ণয় করতে পারে, তাহলে আমরা দেখতে পারব যে আরও অপ্টিমাইজ করা বৈশিষ্ট্য রয়েছে এমন উপকরণ আছে কিনা।"

একটি অপ্টিমাইজ করা সম্পত্তির একটি উদাহরণ হল ইলেকট্রনিক ব্যান্ড গ্যাপ। এই উপাদানগুলি প্রচুর পরিমাণে অন্তরক হওয়ার অর্থ হল যে বাল্কে, এমন শক্তির একটি পরিসীমা রয়েছে যেখানে ইলেকট্রনগুলি অতিক্রম করতে পারে না। এই "নিষিদ্ধ" শক্তি পরিসর হল ইলেকট্রনিক ব্যান্ড গ্যাপ, এবং ইলেকট্রনগুলি সেই অঞ্চলে ভ্রমণ করতে পারে না যদিও তারা উপাদানের পৃষ্ঠে বিদ্যমান থাকতে পারে। উপাদানটির বৈদ্যুতিন ব্যান্ডের ব্যবধান যত বড় হবে, টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর তত ভাল হবে।

আপনি কিভাবে নতুন টপোলজিকাল উপকরণ খুঁজছেন সম্পর্কে যান?

আমরা একটি উপাদানের স্ফটিক প্রতিসাম্যের উপর ভিত্তি করে একটি অ্যালগরিদম তৈরি করেছি, যা এমন কিছু যা আগে বিবেচনা করা হয়নি। টপোলজির সাথে ডিল করার সময় স্ফটিকের প্রতিসাম্য খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ কিছু টপোলজিকাল উপাদান এবং কিছু টপোলজিক্যাল পর্যায়গুলির অস্তিত্বের জন্য একটি নির্দিষ্ট প্রতিসাম্য (বা প্রতিসাম্যের অভাব) প্রয়োজন। উদাহরণ স্বরূপ, ইন্টিজার কোয়ান্টাম হল ইফেক্টের কোনো প্রতিসাম্যের প্রয়োজন নেই, তবে এটি ভাঙতে একটি প্রতিসাম্য প্রয়োজন, যা হল সময়-বিপরীত প্রতিসাম্য। তার মানে উপাদানটি চৌম্বক হতে হবে, অথবা আমাদের একটি খুব বড় বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োজন।

কিন্তু অন্যান্য টপোলজিকাল পর্যায়গুলির প্রতিসাম্য প্রয়োজন, এবং আমরা চিহ্নিত করতে পেরেছি যে তারা কোন প্রতিসাম্য ছিল। তারপর, একবার আমাদের সমস্ত প্রতিসাম্যগুলি চিহ্নিত করা হয়ে গেলে, আমরা সেগুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করতে পারি - কারণ শেষ পর্যন্ত, পদার্থবিদরা এটিই করেন। আমরা জিনিস শ্রেণীবদ্ধ.

আমরা 2017 সালে তাত্ত্বিক প্রণয়নের উপর কাজ শুরু করেছিলাম এবং দুই বছর পরে, আমরা এই তাত্ত্বিক প্রণয়ন সম্পর্কিত প্রথম গবেষণাপত্র প্রকাশ করি। কিন্তু এটি শুধুমাত্র এখন যে আমরা অবশেষে সবকিছু সম্পন্ন করেছি এবং এটা প্রকাশিত.

এই প্রচেষ্টায় আপনার সহযোগী কারা ছিলেন এবং প্রতিটি ব্যক্তি কীভাবে অবদান রেখেছেন?

আমি ডিজাইন করেছি (এবং, আংশিকভাবে, সঞ্চালিত) প্রথম-নীতির গণনা যেখানে আমরা বিবেচনা করেছি কিভাবে বাস্তব উপকরণগুলিকে অনুকরণ করা যায় এবং তাদের টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্য আছে কিনা "নির্ণয়" করা যায়। এর জন্য, আমরা অত্যাধুনিক কোড এবং হোমমেড কোডগুলি ব্যবহার করেছি যা আমাদের বলে যে উপাদানের ইলেকট্রনগুলি কীভাবে আচরণ করে এবং কীভাবে আমরা উপাদানটির টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করতে পারি। দ্বারা তাত্ত্বিক প্রণয়ন ও বিশ্লেষণ করা হয়েছিল বেঞ্জামিন উইডার এবং লুইস এলকোরো কারণ তারা আরও হার্ডকোর তাত্ত্বিক পদার্থবিদ। তারা টপোলজিকাল পর্যায়গুলি বিশ্লেষণ এবং শ্রেণীবিভাগ করতে সাহায্য করেছিল। আরেকটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ অবদানকারী এবং এই প্রকল্পের নেতৃস্থানীয় লোক ছিল নিকোলাস রেগনাল্ট; আমরা একসাথে ওয়েবসাইট তৈরি করেছি এবং ওয়েবসাইট এবং ডাটাবেস ডিজাইন করার যত্ন নিয়েছি।

আমাদের কাছ থেকেও সাহায্য ছিল স্টুয়ার্ট পারকিন এবং ক্লডিয়া ফেলসার. তারা উপাদান বিশেষজ্ঞ, তাই তারা আমাদের উপদেশ দিতে পারে যে একটি উপাদান উপযুক্ত কি না। এবং তারপর আন্দ্রেই বার্নেভিগ সবকিছুর সমন্বয়কারী ছিলেন। আমরা ইতিমধ্যে বেশ কয়েক বছর ধরে একসঙ্গে কাজ করছি.

এবং আপনি কি খুঁজে পেলেন?

আমরা যা খুঁজে পেয়েছি তা হল যে অনেকগুলি, অনেকগুলি উপাদান রয়েছে যেগুলির টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে - তাদের কয়েক হাজার।

আপনি কি সংখ্যা দেখে অবাক হয়েছেন?

হ্যাঁ. খুব!

এই টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলি কতটা সর্বব্যাপী হয়ে উঠেছে তা দেখে, আপনি অবাক হয়েছিলেন বলে প্রায় আশ্চর্যজনক বলে মনে হচ্ছে। আগে কেউ খেয়াল করেনি কেন?

আমি জানি না কেন এটি সম্প্রদায়ের দ্বারা সম্পূর্ণরূপে মিস করা হয়েছিল, তবে এটি কেবলমাত্র আমাদের সম্প্রদায় নয় যা উপাদান বিজ্ঞান এবং ঘনীভূত পদার্থের পদার্থবিদ্যার মধ্যে এটি মিস করেছে। কোয়ান্টাম মেকানিক্স ইতিমধ্যে এক শতাব্দী ধরে বিদ্যমান, এবং এই টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলি সূক্ষ্ম, কিন্তু তারা খুব জটিল নয়। তবুও কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সমস্ত স্মার্ট "পিতারা" এই তাত্ত্বিক সূত্রটি সম্পূর্ণভাবে মিস করেছিল।

কেউ কি এই উপকরণগুলিকে সংশ্লেষণ করার চেষ্টা করেছে এবং তারা সত্যিই টপোলজিকাল ইনসুলেটর হিসাবে আচরণ করে কিনা তা পরীক্ষা করে দেখেছে?

তাদের সব চেক করা হয়নি, অবশ্যই, কারণ অনেক আছে. কিন্তু তাদের কিছু আছে. এখানে নতুন টপোলজিকাল উপাদান রয়েছে যা পরীক্ষামূলকভাবে এই কাজটি অনুসরণ করে তৈরি করা হয়েছে, যেমন হাই-অর্ডার টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর Bi4Br4।

সার্জারির টপোলজিকাল ম্যাটেরিয়াল ডাটাবেস আপনি এবং আপনার সহকর্মীদের দ্বারা নির্মিত "টপোলজিকাল উপকরণগুলির জন্য একটি পর্যায় সারণী" হিসাবে বর্ণনা করা হয়েছে। কি বৈশিষ্ট্য তার গঠন নির্ধারণ?

টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলি বৈদ্যুতিন প্রবাহের সাথে সম্পর্কিত, যা উপাদানের একটি বিশ্বব্যাপী সম্পত্তি। পদার্থবিজ্ঞানীরা টপোলজি সম্পর্কে আগে ভাবতে পারেননি এমন একটি কারণ হ'ল তারা বৈশ্বিক বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তে স্থানীয় বৈশিষ্ট্যগুলিতে খুব মনোযোগী ছিল। সুতরাং এই অর্থে, গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যটি চার্জের স্থানীয়করণের সাথে সম্পর্কিত এবং কীভাবে চার্জটি আসল স্থানটিতে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

আমরা যা পেয়েছি তা হল যে আমরা যদি উপাদানটির স্ফটিক প্রতিসাম্যগুলি জানি তবে আমরা অনুমান করতে পারি চার্জের আচরণ কী হতে চলেছে বা প্রবাহিত হবে। এবং এভাবেই আমরা টপোলজিকাল পর্যায়গুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করতে পারি।

টপোলজিকাল ম্যাটেরিয়াল ডাটাবেস কিভাবে কাজ করে? গবেষকরা যখন এটি ব্যবহার করেন তখন কী করবেন?

প্রথমত, তারা উপাদানের রাসায়নিক সূত্রে প্রবেশ করে। উদাহরণস্বরূপ, আপনি যদি লবণের প্রতি আগ্রহী হন তবে সূত্রটি হল সোডিয়াম ক্লোরাইড। সুতরাং আপনি ডাটাবেসে NaCl রাখুন এবং আপনি ক্লিক করুন এবং তারপরে সমস্ত বৈশিষ্ট্য উপস্থিত হবে। এটা খুবই সাধারণ.

অপেক্ষা করুন, আপনি কি বলছেন যে সাধারণ টেবিল লবণ একটি টপোলজিক্যাল উপাদান?

হ্যাঁ.

সত্যি?

হ্যাঁ.

এটা আশ্চর্যজনক. পরিচিত উপকরণের টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্য সহ আশ্চর্যজনক লোকদের ছাড়াও, আপনি কি আশা করেন যে আপনার ডাটাবেস ক্ষেত্রের উপর প্রভাব ফেলবে?

আমি আশা করি এটি পরীক্ষাবিদদের সাহায্য করবে যে তারা কোন উপকরণগুলি বৃদ্ধি পাবে। এখন যেহেতু আমরা সমস্ত বস্তুগত বৈশিষ্ট্যের সম্পূর্ণ বর্ণালী বিশ্লেষণ করেছি, পরীক্ষাবিদরা বলতে সক্ষম হবেন, "ঠিক আছে, এই উপাদানটি একটি ইলেকট্রন পরিবহন ব্যবস্থায় রয়েছে যা আমরা জানি যে এটি ভাল নয়, তবে আমি যদি এটি কিছু ইলেক্ট্রন দিয়ে ডোপ করি, তাহলে আমরা একটি খুব আকর্ষণীয় শাসনে পৌঁছান।" তাই আমরা আশা করি, এক অর্থে, এটি পরীক্ষাবিদদের ভালো উপকরণ খুঁজে পেতে সাহায্য করবে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের একটি সম্ভাব্য লিঙ্কের কারণে সম্প্রতি টপোলজিক্যাল উপকরণগুলিতে অনেক মনোযোগ এসেছে। যে আপনার কাজের একটি বড় প্রেরণা?

এটি সম্পর্কিত, কিন্তু প্রতিটি ক্ষেত্রের বিভিন্ন শাখা রয়েছে এবং আমি বলব আমাদের কাজ একটি ভিন্ন শাখায়। অবশ্যই, প্রস্তাবিত সম্ভাব্য কিউবিট (কোয়ান্টাম বিট) ব্যবহার করে একটি টপোলজিকাল কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করার জন্য একটি প্ল্যাটফর্ম হিসাবে আপনার একটি টপোলজিকাল উপাদান প্রয়োজন, তাই আমরা যা করেছি তা গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু একটি টপোলজিকাল কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করার জন্য উপাদানের নকশায় অনেক বেশি কাজ করতে হবে কারণ উপাদানটির মাত্রা একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। আমরা তিনটি মাত্রা দেখছিলাম, এবং এটা হতে পারে যে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্ল্যাটফর্মের জন্য, আমাদের 2D সিস্টেমে ফোকাস করতে হবে।

অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশন আছে, যদিও. আপনি সৌর কোষের জন্য উপকরণ খুঁজে পেতে ডাটাবেস ব্যবহার করতে পারেন, উদাহরণস্বরূপ, বা অনুঘটক, ডিটেক্টর বা কম-ডিসিপেশন ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য। অতি-বহিরাগত অ্যাপ্লিকেশনগুলির বাইরে, এই প্রতিদিনের সম্ভাবনাগুলিও খুব গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু কাজের জন্য আমাদের আসল প্রেরণা ছিল টপোলজির পদার্থবিদ্যা বোঝা।

টপোলজিকাল উপকরণের সর্বব্যাপীতা হাজার হাজার পদার্থ ধারণকারী ক্যাটালগগুলিতে প্রকাশিত হয়েছে

আপনার এবং আপনার সহযোগীদের জন্য পরবর্তী কি?

আমি জৈব পদার্থ নিয়ে গবেষণা করতে চাই। বর্তমান ডাটাবেসের ফোকাস অজৈব পদার্থের উপর কারণ আমরা অজৈব ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার ডাটাবেসকে আমাদের সূচনা পয়েন্ট হিসাবে নিয়েছি, কিন্তু জৈব পদার্থগুলিও খুব আকর্ষণীয়। আমি আরও চৌম্বকীয় উপাদানগুলি তদন্ত করতে চাই, কারণ অ-চৌম্বকীয়গুলির তুলনায় কম চৌম্বকীয় উপাদান ডেটাবেসে রিপোর্ট করা হয়৷ এবং তারপরে আমি এমন উপাদানগুলি দেখতে চাই যেগুলির চিরল প্রতিসাম্য রয়েছে – অর্থাৎ, তারা প্রতিসম, কিন্তু "হস্ত" যেগুলির একটি বাম সংস্করণ এবং একটি ডান সংস্করণ রয়েছে৷

আপনি কি মনে করেন জৈব বা চৌম্বকীয় পদার্থের মধ্যে আরও হাজার হাজার টপোলজিক্যাল উপাদান থাকতে পারে?

আমি জানি না এটি ইলেকট্রনিক ব্যান্ড ফাঁকের আকারের উপর নির্ভর করে। আমরা দেখব!