সারফেস সুপারকন্ডাক্টিভিটি টপোলজিক্যাল পদার্থে উপস্থিত হয় - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

জার্মানির IFW ড্রেসডেনের সলিড স্টেট অ্যান্ড ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চের জন্য লাইবনিজ ইনস্টিটিউটের গবেষকরা ওয়েয়েল সেমিমেটাল নামে পরিচিত টপোলজিক্যাল পদার্থের একটি শ্রেণিতে পৃষ্ঠের অতিপরিবাহীতার প্রমাণ পেয়েছেন। মজার বিষয় হল, সুপারকন্ডাক্টিভিটি, যা তথাকথিত ফার্মি আর্কসে সীমাবদ্ধ ইলেকট্রন থেকে আসে, অধ্যয়ন করা নমুনার উপরের এবং নীচের পৃষ্ঠে কিছুটা আলাদা। ঘটনাটি মেজোরানা স্টেট তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে - দীর্ঘ সময়ের জন্য চাওয়া কোয়াসিপার্টিকেল যা পরবর্তী প্রজন্মের কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য অত্যন্ত স্থিতিশীল, ত্রুটি-সহনশীল কোয়ান্টাম বিট তৈরি করতে পারে। ইতিমধ্যে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পেন স্টেট ইউনিভার্সিটির আরেকটি গ্রুপ দুটি চৌম্বকীয় পদার্থকে একত্রিত করে একটি চিরাল টপোলজিক্যাল সুপারকন্ডাক্টর তৈরি করেছে। এই নতুন উপাদানে মেজোরানা রাজ্যগুলিও পাওয়া যেতে পারে।

টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরগুলি প্রচুর পরিমাণে নিরোধক হয় তবে বিশেষ, টপোলজিকাল সুরক্ষিত, ইলেকট্রনিক অবস্থার মাধ্যমে তাদের প্রান্তে অত্যন্ত ভালভাবে বিদ্যুৎ পরিচালনা করে। এই টপোলজিকাল অবস্থাগুলি তাদের পরিবেশের ওঠানামা থেকে সুরক্ষিত থাকে এবং তাদের মধ্যে ইলেকট্রনগুলি পিছিয়ে যায় না। যেহেতু ব্যাকস্ক্যাটারিং হল ইলেকট্রনিক্সের প্রধান অপসারণ প্রক্রিয়া, এর মানে হল এই উপকরণগুলি ভবিষ্যতে উচ্চ শক্তি-দক্ষ ইলেকট্রনিক ডিভাইস তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

ওয়েইল সেমিমেটাল হল সম্প্রতি আবিষ্কৃত টপোলজিক্যাল উপাদানের একটি শ্রেণী যেখানে বৈদ্যুতিন উত্তেজনাগুলি ভরবিহীন, ওয়েইল, ফার্মিয়ন হিসাবে আচরণ করে - 1929 সালে তাত্ত্বিক পদার্থবিদ হারমান ওয়েল ডিরাক সমীকরণের সমাধান হিসাবে প্রথম ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন। এই ফার্মিয়নগুলি সাধারণ ধাতু বা অর্ধপরিবাহী ইলেকট্রনগুলির সাথে বেশ ভিন্নভাবে আচরণ করে যে তারা চিরাল চৌম্বকীয় প্রভাব দেখায়। এটি ঘটে যখন একটি Weyl ধাতু একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়, যা ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক Weyl কণার একটি কারেন্ট তৈরি করে যা ক্ষেত্রের সমান্তরাল এবং প্রতি-সমান্তরালে চলে।

ওয়েলের তত্ত্ব দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারে এমন ফার্মিয়নগুলি কঠিন পদার্থের অর্ধকণা হিসাবে আবির্ভূত হতে পারে যেগুলি তথাকথিত (ওয়েইল) "নোড" এ রৈখিক ইলেক্ট্রন শক্তি ব্যান্ডগুলি অতিক্রম করে, যার অস্তিত্ব বাল্ক ব্যান্ড কাঠামোতে অনিবার্যভাবে "ফার্মি" গঠনের সাথে থাকে। সারফেস ব্যান্ড স্ট্রাকচারে arcs যা মূলত বিপরীত কাইরালিটির Weyl নোডের "অনুমান" জোড়া সংযুক্ত করে। প্রতিটি চাপ নীচের পৃষ্ঠে একটি চাপ দ্বারা সম্পন্ন একটি নমুনার উপরের পৃষ্ঠে একটি লুপের অর্ধেক গঠন করে।

ইলেকট্রন ফার্মি আর্কসে সীমাবদ্ধ

আইএফডব্লিউ ড্রেসডেন গবেষণায়, যা বিস্তারিতভাবে বলা হয়েছে প্রকৃতি, নেতৃত্বে গবেষকদের একটি দল সের্গেই বোরিসেনকো Weyl সেমিমেটাল প্ল্যাটিনাম-বিসমাথ (PtBi₂) এই উপাদানটির পৃষ্ঠে ফার্মি আর্কসে সীমাবদ্ধ কিছু ইলেকট্রন রয়েছে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, এই উপাদানের উপরের এবং নীচের পৃষ্ঠের আর্কগুলি সুপারকন্ডাক্টিং, যার অর্থ হল যে সেখানে ইলেকট্রনগুলি জোড়া দেয় এবং প্রতিরোধ ছাড়াই চলে। গবেষকরা বলছেন, ফার্মি আর্কসে এই প্রথম সুপারকন্ডাক্টিভিটি পরিলক্ষিত হয়েছে, যেখানে প্রচুর পরিমাণে ধাতব অবশিষ্ট রয়েছে, এবং প্রভাবটি সম্ভব হয়েছে এই কারণে যে আর্কগুলি ফার্মি পৃষ্ঠের কাছাকাছি থাকে (অধিকৃত এবং অব্যক্ত ইলেকট্রনের মধ্যে সীমানা স্তর) নিজেই।

দলটি অ্যাঙ্গেল-সলিভড ফটোইমিশন স্পেকট্রোস্কোপি (এআরপিইএস) নামে একটি কৌশল ব্যবহার করে এর ফলাফল পেয়েছে। এটি একটি জটিল পরীক্ষা যেখানে একটি লেজার আলোর উত্স খুব কম তাপমাত্রায় এবং অস্বাভাবিকভাবে উচ্চ নির্গমন কোণে খুব কম-শক্তি ফোটন সরবরাহ করে, বোরিসেঙ্কো ব্যাখ্যা করেন। এই আলো নমুনা থেকে ইলেক্ট্রন বের করে দেওয়ার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী এবং একটি ডিটেক্টর শক্তি এবং কোণ উভয়ই পরিমাপ করে যার সাহায্যে ইলেকট্রন উপাদান থেকে বেরিয়ে যায়। এই তথ্য থেকে স্ফটিকের মধ্যে ইলেকট্রনিক কাঠামো পুনর্গঠন করা যেতে পারে।

“আমরা PtBi অধ্যয়ন করেছি₂ সিনক্রোট্রন রেডিয়েশনের আগে এবং সত্যি বলতে আমরা অস্বাভাবিক কিছু আশা করিনি,” বলেছেন বোরিসেনকো। "হঠাৎ, যাইহোক, আমরা ভরবেগের শেষ শক্তির পরিপ্রেক্ষিতে একটি খুব তীক্ষ্ণ, উজ্জ্বল এবং অত্যন্ত স্থানীয় বৈশিষ্ট্যের সম্মুখীন হয়েছি - যেমনটি দেখা গেছে, কঠিন পদার্থ থেকে আলোক নির্গমনের ইতিহাসে সবচেয়ে সংকীর্ণ শিখর।"

তাদের পরিমাপে, গবেষকরা ফার্মি আর্কসের মধ্যে একটি সুপারকন্ডাক্টিং শক্তি ফাঁক খোলারও পর্যবেক্ষণ করেছেন। যেহেতু শুধুমাত্র এই আর্কগুলি একটি ফাঁকের লক্ষণ দেখিয়েছে, এর মানে হল যে অতিপরিবাহীতা সম্পূর্ণরূপে নমুনার উপরের এবং নীচের পৃষ্ঠের মধ্যে সীমাবদ্ধ, এক ধরণের সুপারকন্ডাক্টর-মেটাল-সুপারকন্ডাক্টর স্যান্ডউইচ তৈরি করে (উল্লেখিত নমুনার বেশিরভাগ অংশই ধাতব)। এই কাঠামোটি একটি অন্তর্নিহিত "এসএনএস-জোসেফসন জংশন" প্রতিনিধিত্ব করে, বোরিসেঙ্কো ব্যাখ্যা করেন।

একটি সুরযোগ্য জোসেফসন জংশন

এবং যে সব না: কারণ PtBi উপরের এবং নীচের পৃষ্ঠতল₂ স্বতন্ত্র ফার্মি আর্কস আছে, দুটি পৃষ্ঠতল বিভিন্ন ট্রানজিশন তাপমাত্রায় সুপারকন্ডাক্টিং হয়ে ওঠে, যার অর্থ হল উপাদানটি একটি সুরযোগ্য জোসেফসন জংশন। এই ধরনের কাঠামো সংবেদনশীল ম্যাগনেটোমিটার এবং সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অনেক প্রতিশ্রুতি দেখায়।

তাত্ত্বিকভাবে, PtBi₂ এছাড়াও বলা হয় quasiparticles তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে মেজোরানা জিরো মোড, টপোলজিক্যাল সুপারকন্ডাক্টিভিটি থেকে আসার পূর্বাভাস। যদি তারা একটি পরীক্ষায় প্রদর্শিত হয়, তারা পরবর্তী প্রজন্মের কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য অত্যন্ত স্থিতিশীল, ত্রুটি-সহনশীল কিউবিট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, বোরিসেনকো বলেছেন। প্রকৃতপক্ষে, আমরা বর্তমানে বিশুদ্ধ PtBi-তে সুপারকন্ডাক্টিং ফাঁকে অ্যানিসোট্রপির সম্ভাবনা তদন্ত করছি₂ এবং এটিতে টপোলজিক্যাল সুপারকন্ডাক্টিভিটি উপলব্ধি করার উপায় খুঁজে বের করার জন্য উপাদানের পরিবর্তিত একক স্ফটিকগুলিতে অনুরূপ বস্তুগুলি আবিষ্কার করার চেষ্টা করা হচ্ছে,” তিনি বলেছেন ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড.

মেজোরানা জিরো মোডগুলি সনাক্ত করা সহজ নয়, তবে PtBi তে₂ ফার্মি আর্কসে সুপারকন্ডাক্টিং ফাঁকগুলি খোলার সময় তারা উপস্থিত হতে পারে। বোরিসেনকো বলেছেন, উপাদানটির বৈদ্যুতিন কাঠামোর আরও বিশদ বিশ্লেষণের প্রয়োজন হবে, তবে এটি নিশ্চিত করার জন্য।

দুটি চৌম্বকীয় পদার্থের সমন্বয়

একটি পৃথক গবেষণায়, পেন স্টেট ইউনিভার্সিটির গবেষকরা একটি ফেরোম্যাগনেটিক টপোলজিকাল ইনসুলেটর এবং একটি অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক আয়রন চ্যালকোজেনাইড (FeTe) একসাথে স্তুপীকৃত করেছেন। তারা দুটি উপাদানের মধ্যে ইন্টারফেসে শক্তিশালী চিরাল সুপারকন্ডাক্টিভিটি পর্যবেক্ষণ করেছে - এমন কিছু যা অপ্রত্যাশিত কারণ সুপারকন্ডাক্টিভিটি এবং ফেরোম্যাগনেটিজম সাধারণত একে অপরের সাথে প্রতিযোগিতা করে, গবেষণা দলের সদস্য ব্যাখ্যা করে চাও-জিং লিউ.

"এটি আসলে বেশ আকর্ষণীয় কারণ আমাদের কাছে দুটি চৌম্বকীয় উপাদান রয়েছে যা অ-অতিপরিবাহী, কিন্তু আমরা তাদের একসাথে রাখি এবং এই দুটি যৌগের মধ্যে ইন্টারফেস খুব শক্তিশালী সুপারকন্ডাক্টিভিটি তৈরি করে," বলেছেন দলের সদস্য কুই-জু চ্যাং. "আয়রন চ্যালকোজেনাইড হল অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক, এবং আমরা আন্দাজ করি যে এর অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক বৈশিষ্ট্যটি উদ্ভূত সুপারকন্ডাক্টিভিটির জন্ম দেওয়ার জন্য ইন্টারফেসের চারপাশে দুর্বল হয়ে গেছে, তবে এটি সত্য কিনা তা যাচাই করতে এবং সুপারকন্ডাক্টিং প্রক্রিয়াটি স্পষ্ট করার জন্য আমাদের আরও পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং তাত্ত্বিক কাজের প্রয়োজন।"

Weyl loops লিঙ্ক আপ

আবার, সিস্টেম, যা বিস্তারিত আছে বিজ্ঞান, মেজোরানা পদার্থবিদ্যা অন্বেষণের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্ল্যাটফর্ম হতে পারে, তিনি বলেছেন।

বোরিসেনকো বলেছেন যে পেন স্টেটের গবেষকদের তথ্য "খুবই আকর্ষণীয়" এবং তার গ্রুপের কাজের মতো, লিউ, চ্যাং এবং সহকর্মীরা ভিন্ন ধরনের ইন্টারফেসে থাকা সত্ত্বেও অস্বাভাবিক সুপারকন্ডাক্টিভিটির প্রমাণ পেয়েছেন বলে মনে হচ্ছে। "আমাদের কাজে, পৃষ্ঠটি দুটি উপাদানের মধ্যে নয় বরং বাল্ক এবং ভ্যাকুয়ামের মধ্যে একটি ইন্টারফেস," তিনি বলেছেন।

পেন স্টেট গবেষকদের লক্ষ্য টপোলজিকাল সুপারকন্ডাক্টিভিটি প্রমাণ করা কিন্তু তারা প্রয়োজনীয় উপাদান যোগ করেছে - প্রতিসাম্য ব্রেকিং এবং টপোলজি - একটি হেটেরোস্ট্রাকচার গঠনের জন্য প্রাসঙ্গিক উপকরণগুলিকে একত্রিত করে আরও কৃত্রিম উপায়ে, তিনি ব্যাখ্যা করেছেন। "আমাদের ক্ষেত্রে, ওয়েইল সেমিমেটালগুলির অনন্য প্রকৃতির কারণে, এই উপাদানগুলি প্রাকৃতিকভাবে একটি একক উপাদানে উপস্থিত থাকে।"

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/surface-superconductivity-appears-in-topological-materials/