একটি প্রকৌশলী উপাদানে নতুন ধরনের চুম্বকত্ব দেখা গেছে | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

আপনার রেফ্রিজারেটরের দরজায় আটকে থাকা চৌম্বকগুলির মতো যে সমস্ত চুম্বকগুলির সাথে আপনি যোগাযোগ করেছেন সেগুলি একই কারণে চৌম্বক। কিন্তু কি যদি অন্য, অপরিচিত উপায় একটি উপাদান চুম্বকীয় করতে?

1966 সালে, জাপানি পদার্থবিদ ইয়োসুকে নাগাওকা ধারণা করেছিলেন এক ধরনের চুম্বকত্ব একটি অনুমানমূলক উপাদানের মধ্যে ইলেক্ট্রনগুলির একটি আপাতদৃষ্টিতে অপ্রাকৃত নৃত্য দ্বারা উত্পাদিত। এখন, পদার্থবিদদের একটি দল নাগাওকার ভবিষ্যদ্বাণীর একটি সংস্করণ দেখেছে যেটি কেবল ছয়টি পরমাণু পুরু একটি প্রকৌশলী উপাদানের মধ্যে চলছে।

আবিষ্কার, সম্প্রতি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে প্রকৃতি, নাগাওকা ফেরোম্যাগনেটিজমের জন্য পাঁচ-দশকের সন্ধানে সর্বশেষ অগ্রগতি চিহ্নিত করে, যেখানে একটি উপাদান চুম্বকীয়করণ করে কারণ এর মধ্যে থাকা ইলেকট্রনগুলি তাদের গতিশক্তি হ্রাস করে, প্রথাগত চুম্বকের বিপরীতে। "তাই আমি এই ধরনের গবেষণা করছি: আমি এমন কিছু শিখতে পারি যা আমরা আগে জানতাম না, এমন জিনিসগুলি দেখি যা আমরা আগে দেখিনি," বলেছেন গবেষণার সহ-লেখক লিভিও সিওরসিয়ারো, যিনি সুইস ফেডারেল ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি জুরিখের ইনস্টিটিউট ফর কোয়ান্টাম ইলেকট্রনিক্সে ডক্টরেট প্রার্থী থাকাকালীন কাজটি সম্পন্ন করেছিলেন।

2020 সালে গবেষকরা নাগাওকা ফেরোম্যাগনেটিজম তৈরি করেছেন মাত্র তিনটি ইলেকট্রন সমন্বিত একটি ক্ষুদ্র সিস্টেমে, সম্ভাব্য ক্ষুদ্রতম সিস্টেমগুলির মধ্যে একটি যেখানে ঘটনাটি ঘটতে পারে। নতুন গবেষণায়, সিওরসিয়ারো এবং তার সহকর্মীরা এটি একটি বর্ধিত সিস্টেমে ঘটতে পেরেছেন - একটি প্যাটার্নযুক্ত কাঠামো যাকে মোইরি জালি বলা হয় যা দুটি ন্যানোমিটার-পাতলা শীট থেকে গঠিত।

এই গবেষণাটি "এই মোয়ার জালিগুলির একটি সত্যিই দুর্দান্ত ব্যবহার, যা তুলনামূলকভাবে নতুন," বলেছে জুয়ান পাবলো ডিহোলাইন, 2020 গবেষণার একজন সহ-লেখক যিনি ডেলফ্ট ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজিতে কাজটি সম্পন্ন করেছেন। "এটি এই ফেরোম্যাগনেটিজমকে এক ধরণের ভিন্ন উপায়ে দেখে।"

যখন আপনার সমান্তরাল ঘূর্ণন একটি ক্ষেত্র শুরু করে

প্রথাগত ফেরোম্যাগনেটিজম উদ্ভূত হয় কারণ ইলেকট্রন একে অপরকে খুব বেশি পছন্দ করে না, তাই তাদের দেখা করার কোনো ইচ্ছা নেই।

কল্পনা করুন দুটি ইলেকট্রন একে অপরের পাশে বসে আছে। তারা একে অপরকে বিকর্ষণ করবে কারণ তাদের উভয়েরই ঋণাত্মক বৈদ্যুতিক চার্জ রয়েছে। তাদের সর্বনিম্ন শক্তির অবস্থা তাদের অনেক দূরে খুঁজে পাবে। এবং সিস্টেমগুলি, একটি নিয়ম হিসাবে, তাদের সর্বনিম্ন-শক্তির অবস্থায় স্থায়ী হয়।

কোয়ান্টাম মেকানিক্স অনুসারে, ইলেকট্রনের আরও কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে। প্রথমত, তারা স্বতন্ত্র বিন্দুর মতো কম এবং কুয়াশার সম্ভাব্য মেঘের মতো আচরণ করে। দ্বিতীয়ত, তাদের স্পিন নামে একটি কোয়ান্টাম সম্পত্তি রয়েছে, যা একটি অভ্যন্তরীণ চুম্বকের মতো যা উপরে বা নীচে নির্দেশ করতে পারে। এবং তৃতীয়, দুটি ইলেকট্রন একই কোয়ান্টাম অবস্থায় থাকতে পারে না।

ফলস্বরূপ, একই স্পিন থাকা ইলেকট্রনগুলি সত্যিই একে অপরের থেকে দূরে সরে যেতে চাইবে - যদি তারা একই জায়গায় থাকে, একই স্পিন সহ, তারা একই কোয়ান্টাম অবস্থা দখল করার ঝুঁকি চালায়। সমান্তরাল স্পিন সহ ওভারল্যাপিং ইলেক্ট্রনগুলি অন্যথায় তাদের চেয়ে কিছুটা দূরে থাকে।

একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের উপস্থিতিতে, এই ঘটনাটি যথেষ্ট শক্তিশালী হতে পারে যাতে ইলেক্ট্রন ছোট ছোট বারের চুম্বকের মতো লাইনে স্পিন করে এবং উপাদানের মধ্যে একটি ম্যাক্রোস্কোপিক চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে। লোহার মতো ধাতুগুলিতে, এই ইলেক্ট্রনের মিথস্ক্রিয়াগুলি, যাকে বিনিময় মিথস্ক্রিয়া বলা হয়, এতটাই শক্তিশালী যে প্ররোচিত চুম্বককরণ স্থায়ী হয়, যতক্ষণ না ধাতুটি খুব বেশি উত্তপ্ত না হয়।

গবেষণার সহ-লেখক বলেছেন, "আমাদের দৈনন্দিন জীবনে চুম্বকত্ব থাকার কারণ হল ইলেক্ট্রন এক্সচেঞ্জ মিথস্ক্রিয়াগুলির শক্তি" আতাক ইমামোগ্লু, কোয়ান্টাম ইলেকট্রনিক্স ইনস্টিটিউটের একজন পদার্থবিদও।

যাইহোক, 1960-এর দশকে নাগাওকা তাত্ত্বিক হিসাবে, বিনিময় মিথস্ক্রিয়া একটি বস্তুগত চৌম্বক তৈরির একমাত্র উপায় নাও হতে পারে। নাগাওকা একটি বর্গাকার, দ্বি-মাত্রিক জালির কল্পনা করেছিলেন যেখানে জালির প্রতিটি সাইটে একটি মাত্র ইলেক্ট্রন ছিল। তারপরে তিনি কাজ করেছিলেন যে আপনি যদি নির্দিষ্ট শর্তে সেই ইলেকট্রনগুলির একটিকে সরিয়ে দেন তবে কী ঘটবে। জালির অবশিষ্ট ইলেক্ট্রনগুলি মিথস্ক্রিয়া করার সাথে সাথে, যে ছিদ্রটি অনুপস্থিত ইলেক্ট্রন ছিল সেটি জালির চারপাশে ছিটকে পড়বে।

নাগাওকার দৃশ্যে, জালির সামগ্রিক শক্তি সর্বনিম্ন হবে যখন এর ইলেক্ট্রন স্পিনগুলি সব সারিবদ্ধ থাকবে। প্রতিটি ইলেক্ট্রন কনফিগারেশন একই রকম দেখাবে - যেন ইলেক্ট্রনগুলি বিশ্বের সবচেয়ে বিরক্তিকর টাইলসের মতো স্লাইডিং টালি ধাঁধা. এই সমান্তরাল ঘূর্ণনগুলি, ঘুরে, উপাদানটিকে ফেরোম্যাগনেটিক রেন্ডার করবে।

যখন একটি মোচড় দিয়ে দুটি গ্রিড একটি প্যাটার্ন বিদ্যমান করুন

ইমামোগ্লু এবং তার সহকর্মীদের ধারণা ছিল যে তারা পরমাণুর একক স্তরের শীটগুলির সাথে পরীক্ষা করে নাগাওকা চুম্বকত্ব তৈরি করতে পারে যা একটি জটিল মোইরি প্যাটার্ন তৈরি করতে একসাথে স্ট্যাক করা যেতে পারে (উচ্চারিত mwah-রশ্মি) পারমাণবিকভাবে পাতলা, স্তরযুক্ত উপকরণগুলিতে, মোয়ার প্যাটার্নগুলি কীভাবে ইলেক্ট্রন - এবং এইভাবে উপকরণগুলি - আচরণ করে তা আমূল পরিবর্তন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, 2018 সালে পদার্থবিজ্ঞানী পাবলো জারিলো-হেরেরো এবং তার সহকর্মীরা প্রদর্শিত গ্রাফিনের দুই-স্তরের স্তূপগুলি যখন দুটি স্তরকে মোচড় দিয়ে অফসেট করে তখন সুপারকন্ডাক্ট করার ক্ষমতা অর্জন করে।

Moiré উপকরণগুলি তখন থেকে একটি বাধ্যতামূলক নতুন সিস্টেম হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে যেখানে চুম্বকত্ব অধ্যয়ন করার জন্য, সুপার কুলড পরমাণুর মেঘ এবং কাপরেটের মতো জটিল উপাদানগুলির সাথে স্লট করা হয়েছে। "Moiré উপকরণগুলি আমাদেরকে একটি খেলার মাঠ প্রদান করে, মূলত, ইলেক্ট্রনের বহু-শরীরের অবস্থার সংশ্লেষণ এবং অধ্যয়ন করার জন্য," ইমামোলু বলেছেন।

গবেষকরা সেমিকন্ডাক্টর মলিবডেনাম ডিসেলেনাইড এবং টাংস্টেন ডাইসালফাইডের মনোলেয়ার থেকে একটি উপাদান সংশ্লেষণের মাধ্যমে শুরু করেছিলেন, যা এক শ্রেণীর উপাদানের অন্তর্গত। অতীত সিমুলেশন উহ্য ছিল নাগাওকা-শৈলীর চুম্বকত্ব প্রদর্শন করতে পারে। তারপরে তারা মৌরি উপাদানে বিভিন্ন শক্তির দুর্বল চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে যখন উপাদানটির কতগুলি ইলেক্ট্রন স্পিন ক্ষেত্রগুলির সাথে সারিবদ্ধ তা ট্র্যাক করে।

গবেষকরা তারপর উপাদান জুড়ে বিভিন্ন ভোল্টেজ প্রয়োগ করার সময় এই পরিমাপের পুনরাবৃত্তি করেন, যা মোয়ার জালিতে কতগুলি ইলেকট্রন ছিল তা পরিবর্তন করে। তারা অদ্ভুত কিছু খুঁজে পেয়েছে। উপাদানটি একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে সারিবদ্ধ হওয়ার প্রবণ ছিল - অর্থাৎ, আরও ফেরোম্যাগনেটিকভাবে আচরণ করার জন্য - শুধুমাত্র যখন জালির সাইটগুলির তুলনায় এটিতে 50% বেশি ইলেকট্রন ছিল। এবং যখন জালিতে জালির সাইটগুলির তুলনায় কম ইলেকট্রন ছিল, গবেষকরা ফেরোম্যাগনেটিজমের কোনও লক্ষণ দেখেননি। স্ট্যান্ডার্ড-ইস্যু নাগাওকা ফেরোম্যাগনেটিজম কাজ করছে কিনা তা তারা দেখতে যা আশা করেছিল তার বিপরীত ছিল।

যদিও উপাদানটি চুম্বকীয় ছিল, বিনিময় মিথস্ক্রিয়া এটিকে চালিত করছে বলে মনে হয় না। কিন্তু নাগাওকার তত্ত্বের সহজতম সংস্করণগুলিও এর চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলিকে সম্পূর্ণরূপে ব্যাখ্যা করেনি।

যখন আপনার স্টাফ চুম্বকীয় হয় এবং আপনি কিছুটা অবাক হন

শেষ পর্যন্ত আন্দোলনে নেমে আসে। ইলেক্ট্রনগুলি মহাকাশে ছড়িয়ে দিয়ে তাদের গতিশক্তি কমিয়ে দেয়, যার ফলে একটি ইলেক্ট্রনের কোয়ান্টাম অবস্থা বর্ণনা করে তরঙ্গ ফাংশন তার প্রতিবেশীদের সাথে ওভারল্যাপ করতে পারে, তাদের ভাগ্যকে একত্রে আবদ্ধ করে। দলটির উপাদানে, একবার জালির জায়গার চেয়ে মোইরে জালিতে বেশি ইলেকট্রন ছিল, যখন ব্রডওয়ে স্টেজ জুড়ে কুয়াশার মতো অতিরিক্ত ইলেকট্রন স্থানান্তরিত হয় তখন উপাদানটির শক্তি হ্রাস পায়। তারপর তারা ক্ষণস্থায়ীভাবে জালিতে ইলেকট্রনগুলির সাথে যুক্ত হয়ে দ্বি-ইলেক্ট্রন সমন্বয় তৈরি করে যাকে ডবলন বলা হয়।

এই ভ্রমণকারী অতিরিক্ত ইলেকট্রনগুলি, এবং তারা যে দ্বিগুণগুলি তৈরি করতে থাকে, তা জালির মধ্যে স্থানান্তরিত করতে এবং ছড়িয়ে দিতে পারে না যদি না আশেপাশের জালি সাইটের ইলেকট্রনগুলি সমস্ত সারিবদ্ধ স্পিন না থাকে। যেহেতু উপাদানটি নিরলসভাবে তার সর্বনিম্ন-শক্তির অবস্থা অনুসরণ করে, শেষ ফলাফল হল যে ডবলনগুলি ছোট, স্থানীয়কৃত ফেরোম্যাগনেটিক অঞ্চল তৈরি করার প্রবণতা দেখায়। একটি নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ড পর্যন্ত, একটি জালির মধ্য দিয়ে যত বেশি দ্বিগুণ প্রবাহিত হয়, উপাদানটি তত বেশি সনাক্তযোগ্যভাবে ফেরোম্যাগনেটিক হয়।

গুরুত্বপূর্ণভাবে, নাগাওকা তত্ত্ব দিয়েছিলেন যে এই প্রভাবটি তখনও কাজ করবে যখন একটি জালিতে জালি সাইটের তুলনায় কম ইলেকট্রন থাকে, যা গবেষকরা দেখেননি। কিন্তু দলের তাত্ত্বিক কাজ অনুযায়ী- প্রকাশিত শারীরিক পর্যালোচনা গবেষণা পরীক্ষামূলক ফলাফলের আগে জুনে - এই পার্থক্যটি ত্রিভুজাকার জালির জ্যামিতিক কুইর্কগুলিতে নেমে আসে যা তারা নাগাওকার গণনায় বর্গক্ষেত্র বনাম ব্যবহার করেছিল।

এটি একটি-মোইরে

আপনি শীঘ্রই যেকোনও সময় আপনার ফ্রিজে কাইনেটিক ফেরোম্যাগনেট যুক্ত করতে পারবেন না, যদি না আপনি মহাবিশ্বের সবচেয়ে ঠান্ডা জায়গায় আপনার রান্না না করেন। গবেষকরা হিমশীতল 140 মিলিকেলভিনে ফেরোম্যাগনেটিক আচরণের জন্য মৌরি উপাদান মূল্যায়ন করেছেন।

ইমামোগলুর কাছে, পদার্থটি তবুও কঠিন পদার্থে ইলেকট্রনের আচরণ অনুসন্ধান করার জন্য উত্তেজনাপূর্ণ নতুন উপায় প্রকাশ করে - এবং এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যা নাগাওকা কেবল স্বপ্নই দেখেছিলেন। ইউজিন ডেমলারের সহযোগিতায় এবং ইভান মোরেরা নাভারো, তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যা ইনস্টিটিউটের তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী, তিনি অন্বেষণ করতে চান যে মোয়ার উপাদানের মধ্যে যে গতিপ্রক্রিয়াগুলি চলছে তার মতো গতিশীল প্রক্রিয়াগুলিকে জোড়ায় জোড়ায় চার্জযুক্ত কণাগুলিকে ম্যানিপুলেট করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, সম্ভাব্যভাবে সুপারকন্ডাক্টিভিটির জন্য একটি নতুন প্রক্রিয়ার দিকে নির্দেশ করে৷

"আমি বলছি না যে এটি এখনও সম্ভব," তিনি বলেছিলেন। "সেখানেই আমি যেতে চাই।"