इलेक्ट्रॉनों को मोड़ के चारों ओर घूमते हुए पकड़ा गया - भौतिकी विश्व

इलेक्ट्रॉनों को मोड़ के चारों ओर घूमते हुए पकड़ा गया - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 6 नवंबर, 2023 10:00 AM

हवाई जहाज़ के पंख के आकार की सूक्ष्म संरचना के चारों ओर फोटोकरंट स्ट्रीमलाइन के सुचारू प्रवाह को दर्शाने वाले ग्राफ़। तुलना के लिए उड़ान भरने वाले हवाई जहाज के कई छायाचित्र दिखाए गए हैं
प्रवाह का अनुसरण करें: हवाई जहाज़ के पंख के आकार की सूक्ष्म संरचना के चारों ओर फोटोकरंट स्ट्रीमलाइन के सुचारू प्रवाह को दर्शाने वाले ग्राफ़। यह इलेक्ट्रोफ़ॉइल (ऊपरी बाएँ) उसी तरह से फोटोकरंट स्ट्रीमलाइन को मोड़ना, संपीड़ित करना और विस्तारित करना संभव बनाता है जैसे हवाई जहाज के पंख (दाईं ओर सिल्हूट में दिखाया गया है) हवा के प्रवाह को मोड़ना, संपीड़ित करना और विस्तारित करना संभव बनाता है। (सौजन्य: यूसीआर/क्यूएमओ लैब)

हवाई जहाज के पंखों के चारों ओर हवा के प्रवाह से प्रेरणा लेते हुए, अमेरिका में शोधकर्ताओं ने पहली बार तेज मोड़ के आसपास बहते हुए फोटोएक्साइटेड इलेक्ट्रॉनों की छवि बनाई है। क्योंकि ऐसे मोड़ अक्सर एकीकृत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट में पाए जाते हैं, इलेक्ट्रॉनों की "स्ट्रीमलाइन" का अवलोकन करने से सर्किट डिजाइन में सुधार हो सकता है।

80 से अधिक साल पहले, भौतिकविदों विलियम शॉक्ले और साइमन रेमो ने सैद्धांतिक रूप से दिखाया था कि जब इलेक्ट्रॉन मोड़ के चारों ओर घूमते हैं, तो उनकी स्ट्रीमलाइन स्थानीय रूप से संपीड़ित हो जाती है, जिससे गर्मी पैदा होती है। हालाँकि, अब तक, किसी ने भी इस प्रभाव को सीधे तौर पर नहीं मापा था क्योंकि किसी कार्यशील उपकरण के माध्यम से इलेक्ट्रॉन फोटोधाराओं - यानी, प्रकाश से प्रेरित विद्युत धाराओं - की स्ट्रीमलाइन का निरीक्षण करना बहुत मुश्किल है।

नये कार्य में जिसका वर्णन किया गया है नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही, भौतिकविदों के नेतृत्व में शोधकर्ता नथानिएल गैबोर और डेविड मेयस का कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड येट्रियम आयरन गार्नेट (YIG) सब्सट्रेट पर प्लैटिनम की एक परत से बना एक माइक्रोमैग्नेटिक हेटरोस्ट्रक्चर डिवाइस बनाया और इसे एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र में रखा। फिर उन्होंने YIG पर एक लेज़र किरण निर्देशित की, जिससे उपकरण गर्म हो गया और एक घटना शुरू हो गई जिसे फोटो-नर्नस्ट प्रभाव के रूप में जाना जाता है। यह वह प्रभाव है जो फोटोकरंट उत्पन्न करता है।

स्ट्रीमलाइन के समग्र पैटर्न का अवलोकन करना

मेयस बताते हैं, ''बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बदलकर, टीम "करंट को इस तरह इंजेक्ट करती है कि हम न केवल इसके स्रोत स्थान को नियंत्रित करते हैं, बल्कि इसकी दिशा को भी नियंत्रित करते हैं।" इसके अलावा, वह आगे कहते हैं, "यह पता चलता है कि जब आप इलेक्ट्रॉनिक प्रतिक्रिया को बार-बार मापते हैं, तो आप स्ट्रीमलाइन के समग्र पैटर्न का अवलोकन करते हैं।"

अपनी तकनीक की शक्ति को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रोफॉइल नामक एक संशोधित उपकरण पर प्रयोगों को दोहराया, जिसने उन्हें उसी तरह से फोटोकरंट स्ट्रीमलाइन को मोड़ने, संपीड़ित करने और विस्तारित करने में सक्षम बनाया, जैसे हवाई जहाज के पंख हवा के प्रवाह को मोड़ते, संपीड़ित और विस्तारित करते हैं। दोनों परिदृश्यों में, स्ट्रीमलाइन प्रवाह की दिशा का प्रतिनिधित्व करती है जो प्रत्येक बिंदु पर सबसे बड़ी प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है, जैसा कि शॉक्ले और रेमो के प्रमेय द्वारा भविष्यवाणी की गई थी।

मेयस बताते हैं, "1930 के दशक के उत्तरार्ध में, इन दो प्रतिष्ठित भौतिकविदों ने महसूस किया कि किसी उपकरण में एक मुफ्त चार्ज को विद्युत प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रोड तक पहुंचने की आवश्यकता नहीं है।" भौतिकी की दुनिया. “इसके बजाय, फ्री चार्ज की गति कूलम्ब बल के कारण डिवाइस के अन्य सभी चार्ज को प्रभावित करेगी।

"शॉकले और रेमो यह दिखाने में सक्षम थे कि स्ट्रीमलाइन न केवल डिवाइस के लिए 'पसंदीदा' वर्तमान दिशा को दर्शाती है, बल्कि वे इसके माध्यम से वर्तमान प्रवाह के पैटर्न का भी प्रतिनिधित्व करती हैं जैसे कि हमने डिवाइस के एक छोर को पक्षपाती बना दिया था और ग्राउंडिंग कर दी थी। अन्य।"

हॉट स्पॉट से बचना

गैबोर का कहना है कि यह निर्धारित करने में सक्षम होने से कि डिवाइस में वर्तमान प्रवाह लाइनें कहां संपीड़ित हो रही हैं, सर्किट डिजाइनरों को ऐसे स्थानीय हॉट स्पॉट बनाने से बचने में मदद मिल सकती है। "हमारे अध्ययन के नतीजे यह भी सुझाव देते हैं कि आपके विद्युत सर्किट में तेज मोड़ वाली विशेषताएं नहीं होनी चाहिए," वह कहते हैं, धीरे-धीरे घुमावदार तार "अभी अत्याधुनिक नहीं हैं"।

शोधकर्ता अब नए उपकरणों और सामग्रियों का परीक्षण करते हुए अपनी तकनीक के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के तरीके तलाश रहे हैं। विशेष रूप से, वे "टेस्ला वाल्व" जैसे ज्यामिति में बने उपकरणों में स्ट्रीमलाइन को मापना चाहेंगे, जो एक दिशा में इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोकता है।

गैबोर कहते हैं, "हमारा माप उपकरण चार्ज फ्लो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को देखने और चित्रित करने का एक शक्तिशाली तरीका है।" "हम अपने विचारों को नई उभरती सामग्रियों की ओर आगे बढ़ाने की उम्मीद करते हैं जिनमें चुंबकीय नर्नस्ट-जैसे प्रभाव और अपरंपरागत वर्तमान प्रवाह व्यवहार दोनों शामिल हैं।"

समय टिकट:

से अधिक भौतिकी की दुनिया