পদার্থবিদরা ইলেক্ট্রনের 'টপোলজিক্যাল স্পিন' পরিমাপ করেন - পদার্থবিজ্ঞানের বিশ্ব

পদার্থবিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক দল প্রথমবারের মতো টপোলজিকাল স্পিন উইন্ডিং নামে পরিচিত ইলেকট্রনের একটি সম্পত্তি পরিমাপ করতে সফল হয়েছে। দলটি তথাকথিত কাগোম ধাতুগুলিতে ইলেকট্রনের আচরণ অধ্যয়ন করে এই ফলাফলটি পেয়েছে, যা এমন উপাদান যা তাদের শারীরিক আকৃতি বা টপোলজি সম্পর্কিত অনন্য কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্য রয়েছে। কাজটি সুপারকন্ডাক্টর এবং দৃঢ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত ইলেক্ট্রন ধারণ করে এমন অন্যান্য সিস্টেমের পদার্থবিদ্যা সম্পর্কে আমাদের বোঝার উন্নতি করতে পারে।

কাগোম ধাতুগুলির নামকরণ করা হয়েছে একটি ঐতিহ্যবাহী জাপানি ঝুড়ি-বুনন কৌশলের নামানুসারে যা ভাগ করা কোণগুলির সাথে ইন্টারলেসড, প্রতিসম ত্রিভুজগুলির একটি জালি তৈরি করে। যখন একটি ধাতু বা অন্যান্য পরিবাহীর পরমাণুগুলি এই কাগোম প্যাটার্নে সাজানো হয়, তখন তাদের ইলেকট্রনগুলি অস্বাভাবিক উপায়ে আচরণ করে। উদাহরণস্বরূপ, ইলেক্ট্রনগুলির তরঙ্গ কার্যগুলি ধ্বংসাত্মকভাবে হস্তক্ষেপ করতে পারে, যার ফলে অত্যন্ত স্থানীয় ইলেকট্রনিক অবস্থা তৈরি হয় যেখানে কণাগুলি একে অপরের সাথে দৃঢ়ভাবে যোগাযোগ করে। এই শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়াগুলি কোয়ান্টাম ঘটনাগুলির একটি পরিসরের দিকে নিয়ে যায়, যার মধ্যে যোগ না করা ইলেক্ট্রন স্পিনগুলির চৌম্বকীয় ক্রম তৈরি করা যায় যা তৈরি করতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, ফেরো- বা অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক ফেজ, সুপারকন্ডাক্টিং স্ট্রাকচার, কোয়ান্টাম স্পিন তরল এবং অস্বাভাবিক টপোলজিক্যাল ফেজ। এই সমস্ত ধাপে উন্নত ন্যানোইলেক্ট্রনিক্স এবং স্পিনট্রনিক্স প্রযুক্তিতে অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে।

নতুন কাজে গবেষকদের নেতৃত্বে ড ডোমেনিকো ডি সান্তে এর ইতালির বোলোগনা বিশ্ববিদ্যালয় XV এর স্পিন এবং ইলেকট্রনিক কাঠামো অধ্যয়ন করেছেন₆Sn₆, যেখানে X একটি বিরল-পৃথিবীর উপাদান। এই সম্প্রতি আবিষ্কৃত কাগোম ধাতুগুলিতে একটি ডিরাক ইলেকট্রনিক ব্যান্ড এবং প্রায় সমতল ইলেকট্রনিক ব্যান্ড রয়েছে। এই ব্যান্ডগুলি যে বিন্দুতে মিলিত হয়, সেখানে স্পিন-অরবিট কাপলিং নামে একটি প্রভাব ব্যান্ডগুলির মধ্যে একটি সংকীর্ণ ব্যবধান তৈরি করে। এই স্পিন-অরবিট কাপলিং উপাদানটির পৃষ্ঠে বিশেষ ধরনের ইলেকট্রনিক গ্রাউন্ড স্টেটও তৈরি করে।

 এই স্থল অবস্থার প্রকৃতি অনুসন্ধান করতে, ডি সান্তে এবং সহকর্মীরা স্পিন নামে পরিচিত একটি কৌশল ব্যবহার করেছিলেন অ্যাঙ্গেল-সমাধান করা ফটো ইমিশন স্পেকট্রোস্কোপি (স্পিন ARPES)। এই কৌশলে, একটি কণা ত্বরক, বা সিনক্রোট্রন দ্বারা উত্পন্ন উচ্চ-শক্তি ফোটনগুলি বিভিন্ন দিক থেকে উপাদানটিকে আঘাত করে, যার ফলে এটি আলো শোষণ করে এবং ইলেকট্রন নির্গত করে। এই নির্গত ইলেকট্রনগুলির শক্তি, মোমেন্টা এবং স্পিন পরিমাপ করা যেতে পারে এবং উপাদানটির ইলেকট্রনিক ব্যান্ড কাঠামো ম্যাপ করতে ব্যবহৃত ডেটা।

মেরুকৃত পৃষ্ঠ ইলেকট্রনিক রাষ্ট্র

উন্নত ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব (DFT) গণনার সাথে এই পরিমাপগুলিকে একত্রিত করে, গবেষকরা নিশ্চিত করেছেন যে টিবিভিতে কাগোম জ্যামিতি₆Sn₆ প্রকৃতপক্ষে ডিরাক ব্যান্ড এবং প্রায় সমতল ব্যান্ডের মধ্যে একটি ব্যবধানের জন্ম দেয়। স্পিন-অরবিট কাপলিং দেখায় এমন সমস্ত কাগোম জালির ক্ষেত্রে এই ধরনের ব্যবধান সাধারণ, কিন্তু পদার্থবিজ্ঞানীরা বছরের পর বছর ধরে এই ফাঁকের অস্তিত্ব সম্পর্কে জানতেন, কেউ এর আগে টপোলজিকাল কোয়ান্টাম স্পিন বক্রতা নামক একটি সম্পত্তি পরিমাপ করেনি যা গ্যাপ থেকে পরিণত হয় এবং এর সাথে সম্পর্কিত। বাঁকা স্থান যেখানে ইলেক্ট্রন থাকে।

"একইভাবে আমাদের মহাবিশ্বের স্থান-কাল পদার্থ, নক্ষত্র, গ্যালাক্সি এবং ব্ল্যাক হোল দ্বারা বাঁকা হয়, যে স্থানটিতে ইলেকট্রন চলাচল করে সেটিও বাঁকা হতে পারে,” ডি সান্তে ব্যাখ্যা করেন। "আমরা কাগোম ধাতুতে এই বক্রতা সনাক্ত করেছি।"

লুপি স্রোত একটি কাগোম সুপারলাটিসে উপস্থিত হয়

নতুন কাজটি এই বাঁকা স্থানটির একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ চরিত্রায়নের দিকে প্রথম পদক্ষেপের প্রতিনিধিত্ব করে - কোয়ান্টাম জ্যামিতির ক্ষেত্রে একটি মূল লক্ষ্য, ডি সান্তে যোগ করেন। "এটি কোয়ান্টাম উপাদানগুলির একটি সম্পত্তি যা আমরা সম্প্রতি অন্বেষণ শুরু করেছি এবং আমরা ইতিমধ্যে জানি যে কোয়ান্টাম জ্যামিতিটি অতিপরিবাহীতা এবং অন্যান্য আকর্ষণীয় ঘটনাগুলির সাথেও ঘনিষ্ঠভাবে যুক্ত," তিনি বলেছেন। "আমরা আশা করি যে আমরা এখানে যে প্রোটোকলটি চালু করেছি তা কোয়ান্টাম পদার্থের পদার্থবিদ্যার উপর আলোকপাত করতে সাহায্য করবে।"