हेमेटाइट में चुंबकीय मोनोपोल दिखाई देते हैं - भौतिकी विश्व

हेमेटाइट में चुंबकीय मोनोपोल दिखाई देते हैं - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 23 फरवरी, 2024 4:30 पूर्वाह्न

हेमेटाइट में चुंबकीय मोनोपोल का कलाकार का चित्रण, कणों की जाली से निकलने वाली गुलाबी क्षेत्र रेखाएं दिखा रहा है
हेमेटाइट में चुंबकीय मोनोपोल का एक चित्रण। (सौजन्य: एला मारू स्टूडियो)

यूके में ऑक्सफोर्ड और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालयों के भौतिकविदों ने हेमेटाइट में चुंबकीय मोनोपोल और अन्य असामान्य चुंबकीय संरचनाओं के हस्ताक्षर देखे हैं, जो प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले एंटीफेरोमैग्नेटिक आयरन ऑक्साइड सामग्री है। संरचनाएं, जिन्हें शोधकर्ताओं ने क्वांटम सेंसिंग माप का उपयोग करके खोजा, रेसट्रैक मेमोरी और सुपर-फास्ट, ऊर्जा-कुशल न्यूरोमोर्फिक कंप्यूटिंग जैसे उपन्यास उपकरणों का आधार बन सकते हैं।

एक साधारण छड़ चुंबक में एक उत्तरी और एक दक्षिणी ध्रुव होता है। इसे दो भागों में काटें, और प्रत्येक परिणामी भाग - चाहे कितना भी छोटा क्यों न हो - में भी दो ध्रुव होंगे। वास्तव में, चुंबकत्व की द्विध्रुवी प्रकृति इतनी मौलिक है कि यह मैक्सवेल के समीकरणों में सामने आती है, जिसका अर्थ है कि यद्यपि पृथक सकारात्मक और नकारात्मक विद्युत आवेश मौजूद हैं, पृथक चुंबकीय आवेश मौजूद नहीं हो सकते हैं।

1920 और 1930 के दशक की क्वांटम क्रांति के दौरान, कुछ भौतिकविदों ने अनुमान लगाना शुरू कर दिया कि शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व के इस सिद्धांत को संशोधित करने की आवश्यकता हो सकती है। 1931 में पॉल डिराक यह भविष्यवाणी करने वाले पहले व्यक्ति बने कि चुंबकीय मोनोपोल - प्राथमिक कण जो पृथक चुंबकीय उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों के रूप में कार्य करते हैं और विद्युत आवेशों के चुंबकीय एनालॉग हैं - मौजूद हो सकते हैं। यद्यपि डायराक प्रकार के चुंबकीय मोनोपोल को कभी भी मुक्त कणों के रूप में नहीं देखा गया है, स्पिन बर्फ के रूप में जाने जाने वाली विदेशी सामग्री को सामूहिक राज्यों की मेजबानी करने के लिए पाया गया है जो उनकी नकल करते हैं।

चुंबकीय आवेशों का घूमता हुआ पैटर्न

के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम मेटे अतातुरे, के प्रधान कैम्ब्रिज की कैवेंडिश प्रयोगशाला, अब हेमेटाइट में एक समान "उभरता हुआ" प्रकार का चुंबकीय मोनोपोल देखा गया है। ये मोनोपोल कई घूमती हुई स्पिनों (इलेक्ट्रॉनों के अंतर्निहित कोणीय संवेग) की सामूहिक अवस्थाएं हैं, जो एक साथ मिलकर एक स्थानीयकृत स्थिर कण की तरह कार्य करते हैं, जिससे चुंबकीय क्षेत्र निकलता है। टीम के सह-नेता बताते हैं, "हेमेटाइट में ये 'एंटीफेरोमैग्नेटिक भंवर' (जिन्हें मेरोन, एंटीमेरॉन और बायमेरॉन कहा जाता है) 'उभरते चुंबकीय मोनोपोल' से जुड़े हैं।" पाओलो राडेलीऑक्सफ़ोर्ड में एक भौतिक विज्ञानी। "ये चक्कर अपना स्थान बताते हैं और हम डायमंड क्वांटम मैग्नेटोमेट्री और अन्य स्कैनिंग तकनीकों के साथ उनके व्यवहार का अध्ययन करने में सक्षम हैं।"

हीरे की क्वांटम मैग्नेटोमेट्री में, हीरे से बनी एक छोटी सुई में एक एकल स्पिन का उपयोग किसी सामग्री की सतह पर चुंबकीय क्षेत्र को सटीक और गैर-आक्रामक रूप से मापने के लिए किया जाता है। "क्वांटम मैग्नेटोमेट्री बहुत छोटे चुंबकीय क्षेत्रों को महसूस कर सकती है," अटाटुरे बताते हैं। "इसलिए, यह एंटीफेरोमैग्नेट्स में चुंबकीय क्रम को मैप करने के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है, चुंबकीय सामग्रियों का एक विशेष वर्ग जिसमें स्थानीय चुंबकत्व लगभग रद्द हो जाता है।"

एक नया दृष्टिकोण लाभदायक होता है

शोधकर्ता, जो अपने काम की रिपोर्ट करते हैं प्रकृति सामग्रीइस तकनीक का उपयोग करके हेमेटाइट में कई असामान्य चुंबकीय संरचनाएं देखी गईं, जिनमें द्वि-आयामी मोनोपोल, द्विध्रुव और चतुर्भुज शामिल हैं। उनका कहना है कि यह पहली बार है कि प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले चुंबक में द्वि-आयामी मोनोपोल देखा गया है। रैडेली कहते हैं कि टीम को बहुत कुछ देखने की उम्मीद नहीं थी क्योंकि एंटीफेरोमैग्नेटिक स्पिन बनावट को मायावी और केवल माना जाता था जटिल एक्स-रे तकनीकों का उपयोग करके देखा जा सकता है.

वे कहते हैं, ''हमने अपने नमूने कैंब्रिज में मेटे और सहकर्मियों को भेजे, बिना यह जाने कि वास्तव में क्या होने वाला है।'' “मुझे इस पर चर्चा करना और यह सोचना याद है कि हमें कुछ नहीं मिलेगा। जब कैम्ब्रिज से तस्वीरें आना शुरू हुईं, तो हमने विभिन्न व्याख्याओं पर बहस की जब तक कि मात्रात्मक सिमुलेशन ने सिग्नल की सूक्ष्म उत्पत्ति का खुलासा नहीं किया।

उन्होंने बताया कि केवल इसी बिंदु पर टीम ने प्रेक्षित चुंबकीय संरचना की एकध्रुवीय प्रकृति को समझा और वैज्ञानिक साहित्य में एकध्रुवों के उदाहरणों के साथ संबंध बनाया। भौतिकी की दुनिया.

रीडआउट और वर्गीकरण

जहाँ तक अनुप्रयोगों का प्रश्न है, टीम सदस्य हरिओम जानीऑक्सफोर्ड में पोस्टडॉक्टरल फेलो और अध्ययन के पहले लेखक, सुझाव देते हैं कि नए देखे गए मोनोपोल अन्य असामान्य प्रभावों के लिए संकेतक के रूप में काम कर सकते हैं। "चुंबकीय आवेशों, जो छोटे क्षेत्रों के स्रोत/सिंक हैं, और एंटीफेरोमैग्नेटिक भंवरों की घुमावदार भावना के बीच अंतर्संबंध काफी उपयोगी है क्योंकि यह विदेशी एंटीफेरोमैग्नेटिक अवस्थाओं को पढ़ने और वर्गीकृत करने का एक आसान मार्ग खोलता है," वे कहते हैं।

उनके कैम्ब्रिज सहयोगी, पीएचडी छात्र एंथनी टैन, इससे सहमत। "हमारा काम क्वांटम सामग्रियों में छिपी चुंबकीय घटनाओं को उजागर करने और जांच करने के लिए डायमंड क्वांटम मैग्नेटोमेट्री की क्षमता पर प्रकाश डालता है, जो इस क्षेत्र में अध्ययन के नए क्षेत्रों को आगे बढ़ाने में मदद कर सकता है," वे कहते हैं।

रैडेली का कहना है कि टीम का अंतिम लक्ष्य अगली पीढ़ी की कंप्यूटिंग के लिए वास्तविक दुनिया के उपकरणों का निर्माण करना है जो इन एंटीफेरोमैग्नेटिक व्हर्ल्स का उपयोग करते हैं। “हम दो अलग-अलग अवधारणाओं पर समानांतर रूप से काम कर रहे हैं: एक जैविक न्यूरॉन्स के अनुकरण पर आधारित; और दूसरा तथाकथित रेसट्रैक पर, यानी, भंवरों के लिए नैनोस्कोपिक 'राजमार्ग','' वह कहते हैं। ऐसे उपकरणों के निर्माण के लिए नैनोस्केल पर निर्मित होने वाले विद्युत संपर्क, लीड और ट्रांसड्यूसर की आवश्यकता होगी, वह कहते हैं: "हम आशा करते हैं कि मल्टी-प्रोब स्कैनिंग तकनीक, जैसे डायमंड क्वांटम मैग्नेटोमेट्री, हमें इस काम को तेजी से ट्रैक करने में सक्षम बनाएगी।"

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