मोलिब्डेनाइट, यहां तक कि प्रशिक्षित आंखों के लिए, ग्रेफाइट के लगभग समान दिखता है - एक चमकदार, चांदी का क्रिस्टल। यह भी इसी तरह काम करता है, फ्लेक्स को इस तरह से हटा देता है जो एक अच्छी पेंसिल भरने के लिए तैयार हो जाता है। लेकिन एक इलेक्ट्रॉन के लिए, परमाणुओं के दो ग्रिड अलग-अलग दुनिया बनाते हैं। यह भेद पहली बार 244 साल पहले वैज्ञानिक रिकॉर्ड में दर्ज हुआ था। ऑक्सीजन की खोज के लिए प्रसिद्ध स्वीडिश रसायनज्ञ कार्ल शीले ने प्रत्येक खनिज को मिश्रित अम्लों में डुबोया और गैस के धूर्त बादलों को देखा जो आगे बढ़े। शेहेल, जिन्होंने अंततः अपने जीवन के साथ इस दृष्टिकोण के लिए भुगतान किया, 43 वर्ष की उम्र में संदिग्ध भारी धातु के जहर से मर रहे थे, ने निष्कर्ष निकाला कि मोलिब्डेनाइट एक नया पदार्थ था। 1778 में रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंस को लिखे एक पत्र में इसका वर्णन करते हुए उन्होंने लिखा, "मैं यहां आमतौर पर ज्ञात ग्रेफाइट का उल्लेख नहीं कर रहा हूं जिसे कोई औषधालय से प्राप्त कर सकता है। यह संक्रमण धातु अज्ञात प्रतीत होती है।"
पाउडर के टुकड़ों में परत करने की अपनी प्रवृत्ति के साथ, 20 वीं शताब्दी में मोलिब्डेनाइट एक लोकप्रिय स्नेहक बन गया। इसने स्की को बर्फ के माध्यम से आगे बढ़ने में मदद की और वियतनाम में राइफल बैरल से गोलियों के बाहर निकलने को सुगम बनाया।
आज वही चंचलता भौतिकी क्रांति को हवा दे रही है।
सफलताओं की शुरुआत ग्रेफाइट और स्कॉच टेप से हुई। शोधकर्ताओं ने 2004 में संयोग से पता लगाया कि वे ग्रेफाइट के सिर्फ एक परमाणु मोटे के गुच्छे को छीलने के लिए टेप का उपयोग कर सकते हैं। इन क्रिस्टलीय चादरों, प्रत्येक कार्बन परमाणुओं की एक सपाट सरणी में आश्चर्यजनक गुण थे जो उन तीन-आयामी क्रिस्टल से मौलिक रूप से भिन्न थे जिनसे वे आए थे। ग्रैफेन (जैसा कि इसके खोजकर्ताओं ने इसे डब किया था) पदार्थ की एक पूरी नई श्रेणी थी - एक 2 डी सामग्री। इसकी खोज ने संघनित पदार्थ भौतिकी को बदल दिया, भौतिकी की वह शाखा जो पदार्थ के कई रूपों और व्यवहारों को समझने का प्रयास करती है। लगभग आधा सभी भौतिक विज्ञानी संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी हैं; यह सबफील्ड है जो हमें कंप्यूटर चिप्स, लेजर, एलईडी बल्ब, एमआरआई मशीन, सौर पैनल और सभी तरह के आधुनिक तकनीकी चमत्कार लेकर आया है। ग्रैफेन की खोज के बाद, हजारों संघनित पदार्थ भौतिकविदों ने नई सामग्री का अध्ययन करना शुरू कर दिया, उम्मीद है कि यह भविष्य की प्रौद्योगिकियों को कम करेगा।
ग्रैफेन के खोजकर्ताओं को 2010 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। उसी वर्ष, कोलंबिया विश्वविद्यालय में दो युवा भौतिकविदों, जी शानो और किन फाई माकोने संकेत देखे कि मोलिब्डेनाइट के गुच्छे ग्रेफीन से भी अधिक जादुई हो सकते हैं। कम ज्ञात खनिज में ऐसे गुण होते हैं जो अध्ययन करना कठिन बनाते हैं - कई प्रयोगशालाओं के लिए बहुत कठिन - लेकिन इसने शान और मैक को मोहित कर लिया। दृढ़ जोड़ी ने लगभग एक दशक तक 2डी मोलिब्डेनाइट (या मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड, जैसा कि क्रिस्टल के लैब-विकसित संस्करण कहा जाता है) और निकट से संबंधित 2 डी क्रिस्टल के एक परिवार को संघर्ष करने के लिए समर्पित किया।
अब उनका प्रयास रंग ला रहा है। शान और मैक, जो अब विवाहित हैं और कॉर्नेल विश्वविद्यालय में एक संयुक्त शोध समूह चलाते हैं, ने दिखाया है कि मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड के 2डी क्रिस्टल और उसके रिश्तेदार विदेशी क्वांटम घटनाओं की एक विशाल विविधता को जन्म दे सकते हैं। "यह एक पागल खेल का मैदान है," ने कहा जेम्स होन, कोलंबिया में एक शोधकर्ता जो उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के साथ कॉर्नेल लैब की आपूर्ति करता है। "आप एक भौतिक प्रणाली में सभी आधुनिक संघनित पदार्थ भौतिकी कर सकते हैं।"
शान और माक के समूह ने इन फ्लैट क्रिस्टल में अभूतपूर्व तरीके से व्यवहार करने वाले इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लिया है। उन्होंने कणों को क्वांटम तरल पदार्थ में विलय करने के लिए मजबूर किया है और आइसलाइक संरचनाओं के वर्गीकरण में स्थिर हो गए हैं। उन्होंने विशाल कृत्रिम परमाणुओं के ग्रिड को इकट्ठा करना सीख लिया है जो अब पदार्थ के मौलिक सिद्धांतों के लिए परीक्षण बेड के रूप में काम कर रहे हैं। 2018 में अपनी कॉर्नेल लैब खोलने के बाद से, मास्टर इलेक्ट्रॉन टैमर्स ने में एक आंख-पॉपिंग आठ पेपर प्रकाशित किए हैं प्रकृति, विज्ञान में सबसे प्रतिष्ठित पत्रिका, साथ ही साथ और भी कई पेपर। सिद्धांतकारों का कहना है कि युगल इस समझ का विस्तार कर रहे हैं कि इलेक्ट्रॉनों की भीड़ क्या करने में सक्षम है।
उनका शोध "कई पहलुओं में गहरा प्रभावशाली है," ने कहा फिलिप किम, हार्वर्ड विश्वविद्यालय में एक प्रमुख संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी। "यह है, मैं कहूंगा, सनसनीखेज।"
2डी सामग्री का उदय
एक सामग्री के गुण आम तौर पर प्रतिबिंबित करते हैं कि उसके इलेक्ट्रॉन क्या कर रहे हैं। धातुओं जैसे कंडक्टरों में, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन आसानी से परमाणुओं के बीच बिजली ले जाते हैं। लकड़ी और कांच जैसे इन्सुलेटर में, इलेक्ट्रॉन बने रहते हैं। सिलिकॉन जैसे अर्धचालक बीच में गिरते हैं: उनके इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा के प्रवाह के साथ स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जा सकता है, जिससे वे धाराओं को चालू और बंद करने के लिए आदर्श बन जाते हैं - एक ट्रांजिस्टर का काम। पिछले 50 वर्षों में, उन तीन बुनियादी इलेक्ट्रॉन व्यवहारों के अलावा, संघनित पदार्थ भौतिकविदों ने हल्के आवेशित कणों को कई और विदेशी तरीकों से व्यवहार करते देखा है।
अधिक नाटकीय आश्चर्यों में से एक 1986 में आया, जब आईबीएम के दो शोधकर्ता, जॉर्ज बेडनोर्ज़ और एलेक्स मुलर, पता चला कॉपर ऑक्साइड ("कप्रेट") क्रिस्टल के माध्यम से बिना किसी प्रतिरोध के इलेक्ट्रॉनों की एक धारा चलती है। यह अतिचालकता - पूर्ण दक्षता के साथ बिजली प्रवाहित करने की क्षमता - पहले देखी गई थी, लेकिन केवल पूर्ण शून्य के कुछ डिग्री के भीतर ठंडी सामग्री में अच्छी तरह से समझे जाने वाले कारणों के लिए। इस बार, बेडनोर्ज़ और मुलर ने घटना का एक रहस्यमय रूप देखा जो रिकॉर्ड-तोड़ 35 केल्विन (अर्थात पूर्ण शून्य से 35 डिग्री ऊपर) पर कायम रहा। वैज्ञानिकों ने जल्द ही अन्य कप्रेट की खोज की जो 100 केल्विन से ऊपर सुपरकंडक्ट करते हैं। एक सपने का जन्म हुआ जो शायद आज भी संघनित पदार्थ भौतिकी का नंबर एक लक्ष्य बना हुआ है: एक ऐसे पदार्थ की खोज या इंजीनियरिंग जो हमारे गर्म, लगभग 300-केल्विन दुनिया में बिजली का अतिचालक हो सकता है, दोषरहित बिजली लाइनों को सक्षम कर सकता है, वाहनों और अन्य अति-कुशल उपकरणों को ले जा सकता है। मानवता की ऊर्जा जरूरतों को काफी कम कर देगा।
सुपरकंडक्टिविटी की कुंजी इलेक्ट्रॉनों को सहलाना है, जो आम तौर पर एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, जोड़ी बनाने और बोसोन के रूप में जानी जाने वाली संस्थाओं का निर्माण करते हैं। फिर बोसॉन सामूहिक रूप से एक घर्षण रहित क्वांटम द्रव में मिल सकते हैं। बोसोन बनाने वाले आकर्षक बल, जैसे परमाणु कंपन, सामान्य रूप से केवल क्रायोजेनिक तापमान पर इलेक्ट्रॉनों के प्रतिकर्षण को दूर कर सकते हैं या उच्च दबाव. लेकिन इन चरम स्थितियों की आवश्यकता ने अतिचालकता को रोजमर्रा के उपकरणों में अपना रास्ता खोजने से रोक दिया है। कप्रेट की खोज ने उम्मीद जगाई कि सही परमाणु जाली इलेक्ट्रॉनों को इतनी मजबूती से "गोंद" कर सकती है कि वे कमरे के तापमान पर भी अटके रहें।
बेडनोर्ज़ और मुलर की खोज के 40 साल बाद, सिद्धांतकार अभी भी पूरी तरह से सुनिश्चित नहीं हैं कि कप्रेट्स में गोंद कैसे काम करता है, इसे मजबूत करने के लिए सामग्री को कैसे मोड़ना है। इस प्रकार, संघनित पदार्थ भौतिकी में बहुत अधिक शोध क्रिस्टल के लिए एक परीक्षण-और-त्रुटि का शिकार है जो अपने इलेक्ट्रॉनों को अन्य चमत्कारिक तरीकों से युग्मित या चरवाहा इलेक्ट्रॉनों को रख सकता है। "संघनित पदार्थ भौतिकी की एक शाखा है जो नसीब की अनुमति देता है," किम ने कहा। ऐसी ही 2004 की 2डी सामग्री की खोज थी।
आंद्रे Geim और Konstantin नोवोसेलोव, यूनाइटेड किंगडम में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में ग्रेफाइट के साथ काम करते हुए, की खोज सामग्री की परतदारता का एक चौंकाने वाला परिणाम। एक ग्रेफाइट क्रिस्टल में कार्बन परमाणु होते हैं जो षट्भुज की शिथिल बंधी हुई चादरों में व्यवस्थित होते हैं। सिद्धांतकारों ने लंबे समय से भविष्यवाणी की थी कि ढेर के स्थिर प्रभाव के बिना, गर्मी से प्रेरित कंपन एक-परत शीट को तोड़ देंगे। लेकिन गीम और नोवोसेलोव ने पाया कि वे स्थिर, परमाणु रूप से पतली चादरों को स्कॉच टेप और दृढ़ता से थोड़ा अधिक छील सकते हैं। ग्रैफेन पहली सही मायने में सपाट सामग्री थी - एक ऐसा विमान जिस पर इलेक्ट्रॉन चारों ओर स्लाइड कर सकते हैं लेकिन ऊपर और नीचे नहीं।
कोलंबिया के भौतिक विज्ञानी हॉन ने पाया कि दुनिया की सबसे पतली सामग्री किसी तरह है सबसे मजबूत भी. यह एक ऐसी सामग्री के लिए एक उल्लेखनीय परेशानी थी जिसके बारे में सिद्धांतकारों ने सोचा था कि यह एक साथ बिल्कुल भी नहीं लटकेगी।
ग्रैफेन के बारे में सबसे अधिक चिंतित भौतिक विज्ञानी यह थे कि कार्बन फ्लैटलैंड ने इलेक्ट्रॉनों को कैसे बदल दिया: कुछ भी उन्हें धीमा नहीं कर सका। इलेक्ट्रॉन अक्सर परमाणुओं की जाली से फंस जाते हैं जिसके माध्यम से वे चलते हैं, उनके पाठ्यपुस्तक द्रव्यमान से भारी कार्य करते हैं (एक इन्सुलेटर के स्थिर इलेक्ट्रॉन कार्य करते हैं जैसे कि उनके पास अनंत द्रव्यमान होता है)। ग्राफीन की सपाट जाली, हालांकि, इलेक्ट्रॉनों को लगभग एक मिलियन मीटर प्रति सेकंड की गति से चलने देती है - प्रकाश की गति से केवल कुछ सौ गुना धीमी। उस स्थिर, तेज गति से, इलेक्ट्रॉनों ने उड़ान भरी जैसे कि उनका कोई द्रव्यमान नहीं था, चरम (हालांकि सुपर नहीं) चालकता के साथ ग्राफीन को आशीर्वाद दिया।
अद्भुत सामग्री के इर्दगिर्द एक पूरा मैदान खड़ा हो गया। शोधकर्ताओं ने भी अधिक व्यापक रूप से सोचना शुरू किया। क्या अन्य पदार्थों के 2डी फ्लेक्स अपने स्वयं के महाशक्तियों को शरण दे सकते हैं? होन उन लोगों में से थे जिन्होंने शाखा लगाई थी। 2009 में, उन्होंने ग्रेफाइट के डोपेलगेंजर, मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड के कुछ यांत्रिक गुणों को मापा, फिर क्रिस्टल को टोनी हेंज की कोलंबिया प्रयोगशाला में दो ऑप्टिकल विशेषज्ञों को सौंप दिया। यह एक आकस्मिक कदम था जो इसमें शामिल सभी लोगों के करियर को बदल देगा।
मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड का नमूना उनके करियर की शुरुआत में एक अतिथि प्रोफेसर जी शान और स्नातक छात्र किन फाई माक के हाथों में आया। युवा जोड़ी अध्ययन कर रही थी कि कैसे ग्रैफेन प्रकाश के साथ बातचीत करता है, लेकिन वे पहले से ही अन्य सामग्रियों के बारे में सपने देखना शुरू कर चुके थे। ग्रैफेन के तेज इलेक्ट्रॉन इसे एक शानदार कंडक्टर बनाते हैं, लेकिन वे जो चाहते थे वह 2 डी सेमीकंडक्टर था - एक ऐसी सामग्री जिसका इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह चालू और बंद हो सकता था, और इसलिए ट्रांजिस्टर के रूप में काम कर सकता था।
मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड को अर्धचालक के रूप में जाना जाता था। और शान और मैक को जल्द ही पता चला कि ग्रेफाइट की तरह, इसने 2D में अतिरिक्त शक्तियाँ प्राप्त कीं। जब उन्होंने "मोली डाइसल्फ़ाइड" के 3 डी क्रिस्टल पर एक लेज़र की ओर इशारा किया (जैसा कि वे इसे प्यार से कहते हैं), क्रिस्टल अंधेरे में रहे। लेकिन जब शान और माक ने स्कॉच टेप से परतों को चीर दिया, उन्हें एक लेजर से मारा, और एक माइक्रोस्कोप के तहत उनकी जांच की, तो उन्होंने 2डी शीट को चमकते हुए देखा।
अन्य समूहों के शोध बाद में पुष्टि करेंगे कि बारीकी से संबंधित सामग्री की अच्छी तरह से बनाई गई चादरें हर आखिरी फोटॉन को दर्शाती हैं जो उन्हें हिट करती है। मैक ने हाल ही में कहा, "यह एक तरह का दिमागी दबदबा है, जब मैं कॉर्नेल में उनके साझा कार्यालय में उनसे और शान से मिला। "आपके पास केवल परमाणुओं की एक शीट है, और यह एक पूर्ण दर्पण की तरह 100% प्रकाश को प्रतिबिंबित कर सकता है।" उन्होंने महसूस किया कि इस संपत्ति से शानदार ऑप्टिकल डिवाइस बन सकते हैं।
स्वतंत्र रूप से, फेंग वांगकैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के एक भौतिक विज्ञानी ने भी यही खोज की। एक 2D सामग्री जो अत्यधिक परावर्तक थी और बूट करने के लिए एक अर्धचालक ने समुदाय का ध्यान आकर्षित किया। दोनों समूहों 2010 में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए; पत्रों को उनके बीच 16,000 से अधिक उद्धरण प्राप्त हुए हैं। "लेजर वाले हर व्यक्ति को 2डी सामग्री में बहुत दिलचस्पी होने लगी," होन ने कहा।
मोली डाइसल्फ़ाइड को दूसरी 2डी आश्चर्य सामग्री के रूप में पहचान कर, दोनों समूहों ने 2डी सामग्री के पूरे महाद्वीप पर लैंडफॉल बनाया था। मोली डाइसल्फ़ाइड संक्रमण धातु डाइक्लोजेनाइड्स (टीएमडी) के रूप में जाने जाने वाले पदार्थों के एक परिवार से संबंधित है, जिसमें आवर्त सारणी के धात्विक मध्य क्षेत्र से परमाणु जैसे मोलिब्डेनम रासायनिक यौगिकों के जोड़े के साथ जुड़ते हैं, जिन्हें चाकोजेनाइड्स के रूप में जाना जाता है, जैसे कि सल्फर। मोली डाइसल्फ़ाइड एकमात्र प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला टीएमडी है, लेकिन वहाँ हैं दर्जनों और कि शोधकर्ता प्रयोगशालाओं में सचेत कर सकते हैं - टंगस्टन डाइसल्फ़ाइड, मोलिब्डेनम डिटेल्यूराइड और इसी तरह। अधिकांश कमजोर रूप से बंधी हुई चादरें बनाते हैं, जिससे वे टेप के एक टुकड़े के व्यावसायिक पक्ष के लिए अतिसंवेदनशील हो जाते हैं।
उत्साह की प्रारंभिक लहर जल्द ही कम हो गई, हालांकि, शोधकर्ताओं ने टीएमडी को चमकने से ज्यादा करने के लिए संघर्ष किया। वांग का समूह, एक के लिए, ग्राफीन पर वापस गिर गया, यह पता लगाने के बाद कि वे धातु इलेक्ट्रोड को मोली डाइसल्फ़ाइड से आसानी से नहीं जोड़ सकते। उन्होंने कहा, "यह हमारे समूह के लिए कुछ वर्षों से एक बड़ी बाधा है।" "अब भी हम संपर्क करने में बहुत अच्छे नहीं हैं।" ऐसा लगता था कि ग्रैफेन पर टीएमडी का मुख्य लाभ उनकी सबसे बड़ी कमजोरी भी थी: सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक गुणों का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं को अक्सर इसमें इलेक्ट्रॉनों को धक्का देना चाहिए और परिणामी धारा के प्रतिरोध को मापना चाहिए। लेकिन चूंकि अर्धचालक खराब कंडक्टर होते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉनों को अंदर या बाहर निकालना मुश्किल होता है।
माक और शान ने शुरू में उभयलिंगी महसूस किया। "यह वास्तव में स्पष्ट नहीं था कि क्या हमें ग्रैफेन पर काम करना चाहिए या इस नई सामग्री पर काम करना शुरू करना चाहिए," मैक ने कहा। "लेकिन जब से हमने पाया कि इसमें यह अच्छी संपत्ति है, हमने कुछ और प्रयोग करना जारी रखा।"
जैसे-जैसे उन्होंने काम किया, दोनों शोधकर्ता मोली डाइसल्फ़ाइड और एक-दूसरे से अधिक मुग्ध हो गए। प्रारंभ में, उनका संपर्क पेशेवर था, जो काफी हद तक शोध-केंद्रित ईमेल तक सीमित था। "फ़ई अक्सर पूछ रहा था, 'वह उपकरण कहाँ है? तुमने वह कहाँ रखा?'” शान ने कहा। लेकिन अंततः उनका रिश्ता, लंबे घंटों से प्रेरित और प्रयोगात्मक सफलता से उत्प्रेरित, रोमांटिक हो गया। मैक ने कहा, "हमने एक-दूसरे को बहुत बार देखा, सचमुच एक ही लैब में एक ही प्रोजेक्ट पर काम कर रहे थे।" "बहुत अच्छी तरह से काम करने वाली परियोजना ने भी हमें खुश किया।"
सभी भौतिकी हर समय
मुश्किल टीएमडी को ठीक करने के लिए लोहे के अनुशासन के साथ दो समर्पित भौतिकविदों के बीच साझेदारी करनी होगी।
शिक्षाविद हमेशा शान के पास आसानी से आ जाते थे। 1970 के दशक में झेजियांग के तटीय प्रांत में पली-बढ़ी, वह एक स्टार छात्रा थी, गणित, विज्ञान और भाषा में उत्कृष्ट थी और हेफ़ेई में चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में एक प्रतिष्ठित स्थान अर्जित करती थी। वहाँ, उसने चीन और सोवियत संघ के बीच एक चयनात्मक सांस्कृतिक आदान-प्रदान कार्यक्रम के लिए अर्हता प्राप्त की, और उसने मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी में रूसी और भौतिकी का अध्ययन करने का मौका दिया। "जब आप एक किशोर होते हैं, तो आप दुनिया का पता लगाने के लिए उत्सुक होते हैं," उसने कहा। "मैंने संकोच नहीं किया।"
तुरंत, उसने जितना सौदा किया था, उससे कहीं अधिक उसने दुनिया को देखा। वीज़ा की समस्याओं ने उसके रूस आने में कुछ महीनों की देरी की, और उसने भाषा कार्यक्रम में अपनी सीट खो दी। अधिकारियों ने उसे एक और कोर्स पाया, और मॉस्को में उतरने के तुरंत बाद वह एक ट्रेन में चढ़ गई और 5,000 किलोमीटर पूर्व की यात्रा की। तीन दिन बाद वह सर्दियों की शुरुआत में साइबेरिया के मध्य में इरकुत्स्क शहर पहुंची। "मुझे सलाह मिली थी, 'कभी भी, कभी भी बिना दस्ताने के कुछ भी न छुएं," ऐसा न हो कि वह फंस जाए, उसने कहा।
शान ने अपने दस्ताने पहन रखे थे, एक ही सेमेस्टर में रूसी सीखी, और सर्दियों के परिदृश्य की सुंदरता की सराहना करने लगे। जब पाठ्यक्रम समाप्त हो गया और बर्फ पिघल गई, तो वह अपनी भौतिकी की डिग्री शुरू करने के लिए राजधानी लौट आई, सोवियत संघ के टूटने के बीच, 1990 के वसंत में मास्को पहुंची।
वे अराजक वर्ष थे। शान ने विश्वविद्यालय के पास सड़कों पर टैंकों को लुढ़कते हुए देखा क्योंकि कम्युनिस्टों ने सरकार पर नियंत्रण हासिल करने की कोशिश की थी। एक अन्य अवसर पर, अंतिम परीक्षा के ठीक बाद, लड़ाई छिड़ गई। "हम गोलियों की आवाज सुन सकते थे, और हमें छात्रावास में रोशनी बंद करने के लिए कहा गया था," उसने कहा। खाने से लेकर टॉयलेट पेपर तक सब कुछ कूपन सिस्टम के जरिए राशन दिया गया। फिर भी, शान ने अपने प्रोफेसरों के लचीलेपन से प्रेरित महसूस किया, जिन्होंने उथल-पुथल के बावजूद अपने शोध को जारी रखा। "हालात कठिन थे, लेकिन कई वैज्ञानिकों का इस तरह का रवैया था। जो कुछ भी हो रहा है, उसके बावजूद वे जो करते हैं उससे वे वास्तव में प्यार करते हैं, ”उसने कहा।
जैसे ही विश्व व्यवस्था ढह गई, शान ने खुद को प्रतिष्ठित किया, एक सैद्धांतिक प्रकाशिकी पेपर प्रकाशित किया जिसने कोलंबिया में हेंज की नज़र को पकड़ा। उसने उसे आवेदन करने के लिए प्रोत्साहित किया, और वह न्यूयॉर्क में स्थानांतरित हो गई, जहां उसने कभी-कभी अन्य अंतरराष्ट्रीय छात्रों को एक विदेशी देश में अपना पैर जमाने में मदद की। उदाहरण के लिए, उसने वांग को हेंज की प्रयोगशाला में काम करने के लिए भर्ती किया, और प्रयोगात्मक सुझाव साझा किए। "उसने मुझे सिखाया कि कैसे धैर्य रखना है," उन्होंने कहा, और "लेजर से निराश कैसे न हों।"
अधिकांश शोधकर्ता अपनी पीएच.डी. अर्जित करने के बाद एक पोस्टडॉक्टरल पद लेते हैं, लेकिन शान 2001 में एक सहयोगी प्रोफेसर के रूप में सीधे केस वेस्टर्न रिजर्व विश्वविद्यालय में शामिल हो गए। कई वर्षों बाद, एक विश्राम पर, वह कोलंबिया में हेंज की प्रयोगशाला में लौट आई। एक बार के लिए, उसका समय आकस्मिक था। उसने Heinz के समूह, Kin Fai Mak में एक आकर्षक और उज्ज्वल आंखों वाली स्नातक छात्रा के साथ सहयोग करना शुरू किया।
माक ने न्यूयॉर्क शहर के लिए एक अलग, कम अशांत मार्ग का अनुसरण किया था। हॉन्ग कॉन्ग में पले-बढ़े, उन्होंने स्कूल में संघर्ष किया, क्योंकि भौतिकी के अलावा उन्हें कुछ समझ नहीं आया। "यह केवल एक चीज थी जो मुझे पसंद थी और वास्तव में अच्छी थी, इसलिए मैंने भौतिकी को चुना," उन्होंने कहा।
हांगकांग विश्वविद्यालय में उनका स्नातक अनुसंधान बाहर खड़ा था, और हेंज ने उन्हें कोलंबिया के तेजी से बढ़ते संघनित पदार्थ भौतिकी कार्यक्रम में शामिल होने के लिए भर्ती किया। वहाँ, उन्होंने खुद को अनुसंधान में झोंक दिया, इंट्राम्यूरल सॉकर के सामयिक खेल को छोड़कर अपने लगभग सभी जागने के घंटे लैब में बिताए। एंड्रिया यंग, एक साथी स्नातक छात्र (अब कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा में एक सहायक प्रोफेसर) ने वेस्ट 113 वीं स्ट्रीट पर मैक के साथ एक अपार्टमेंट साझा किया। "मैं भाग्यशाली था अगर मैं उसे कुछ पास्ता पकाने और भौतिकी के बारे में बात करने के लिए सुबह 2 बजे पकड़ सकता था। यह हर समय भौतिकी था, ”यंग ने कहा।
लेकिन अच्छा समय नहीं चला। यंग के साथ कोलंबिया में अमेज़ॅन वर्षावन के भ्रमण के कुछ ही समय बाद, मैक बीमार पड़ गया। उसके डॉक्टरों को यकीन नहीं था कि उसके हैरान करने वाले परीक्षा परिणामों का क्या किया जाए, और वह बीमार हो गया। एक भाग्यशाली संयोग ने उसकी जान बचा ली। यंग ने अपने पिता, एक चिकित्सा शोधकर्ता को स्थिति का वर्णन किया, जिन्होंने तुरंत अप्लास्टिक एनीमिया के लक्षणों को पहचान लिया - एक असामान्य रक्त स्थिति जो उनके स्वयं के शोध का विषय हुआ। "यह वास्तव में इस बीमारी को पाने के लिए वास्तव में दुर्लभ है, सबसे पहले," मैक ने कहा। "और यहां तक कि एक बीमारी पाने के लिए दुर्लभ है कि आपके रूममेट के पिता विशेषज्ञ हैं।"
यंग के पिता ने माक को प्रायोगिक उपचार में दाखिला दिलाने में मदद की। उन्होंने अपने स्नातक स्कूल के अंतिम वर्ष का अधिकांश समय अस्पताल में बिताया और कई बार मृत्यु के करीब आए। पूरे परीक्षण के दौरान, भौतिक विज्ञान के लिए माक की ललक ने उसे काम करते रहने के लिए प्रेरित किया। "वह लिख रहा था" पीआरएल अपने अस्पताल के बिस्तर से पत्र," यंग ने पत्रिका का जिक्र करते हुए कहा फिजिकल रिव्यू लेटर्स. "इस सब के बावजूद, वह अब तक के सबसे अधिक उत्पादक छात्रों में से एक था," हेंज ने कहा। "यह एक चमत्कार की बात थी।"
आगे के उपचारों ने अंततः मैक को पूरी तरह से ठीक होने में मदद की। यंग, जो खुद एक प्रसिद्ध प्रयोगवादी थे, ने बाद में अपने हस्तक्षेपों के बारे में चुटकी ली, "दोस्तों में मैं इसे भौतिकी में अपना सबसे बड़ा योगदान कहता हूं।"
2डी जंगल में
मैक 2012 में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता के रूप में कॉर्नेल चले गए, उस समय तक शान केस वेस्टर्न में लौट चुके थे। उन्होंने ग्रैफेन और अन्य सामग्रियों के साथ अलग-अलग परियोजनाओं का पीछा किया, लेकिन उन्होंने टीएमडी के और रहस्यों को एक साथ अनलॉक करना जारी रखा।
कॉर्नेल में, मैक ने इलेक्ट्रॉन परिवहन माप की कला सीखी - प्रकाशिकी के अलावा, इलेक्ट्रॉनों की गति को विभाजित करने का दूसरा मुख्य तरीका। इस विशेषज्ञता ने उन्हें और शान को एक ऐसे क्षेत्र में दोहरा खतरा बना दिया जहां शोधकर्ता आमतौर पर किसी न किसी प्रकार के विशेषज्ञ होते हैं। "जब भी मैं फाई और जी से मिलता हूं तो मैं शिकायत करता हूं, 'यह अनुचित है कि आप लोग परिवहन करते हैं," किम ने कहा। "मुझे क्या करना चाहिए?"
दोनों ने जितना अधिक टीएमडी के बारे में सीखा, वे उतने ही पेचीदा होते गए। शोधकर्ता आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों के दो गुणों में से एक पर ध्यान केंद्रित करते हैं: उनका चार्ज और स्पिन (या आंतरिक कोणीय गति)। विद्युत आवेश के प्रवाह को नियंत्रित करना आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स का आधार है। और फ़्लिपिंग इलेक्ट्रॉनों के स्पिन से "स्पिंट्रोनिक्स" डिवाइस हो सकते हैं जो अधिक जानकारी को छोटे स्थानों में पैक करते हैं। 2014 में, माक ने खोजने में मदद की कि 2डी मोली डाइसल्फ़ाइड में इलेक्ट्रॉन एक विशेष, तीसरी संपत्ति प्राप्त कर सकते हैं: इन इलेक्ट्रॉनों को विशिष्ट मात्रा में गति के साथ आगे बढ़ना चाहिए, एक नियंत्रणीय विशेषता जिसे "घाटी" के रूप में जाना जाता है, जो शोधकर्ताओं का अनुमान है कि "वैलीट्रॉनिक्स" तकनीक का एक तीसरा क्षेत्र अभी तक पैदा हो सकता है।
उसी वर्ष, माक और शान ने टीएमडी की एक और खास विशेषता की पहचान की। केवल इलेक्ट्रॉन ही ऐसी संस्था नहीं हैं जो क्रिस्टल के माध्यम से चलती हैं; भौतिक विज्ञानी "छेद" को भी ट्रैक करते हैं, जब इलेक्ट्रॉन कहीं और हॉप करते हैं तो रिक्तियां पैदा होती हैं। ये छिद्र वास्तविक धनावेशित कणों जैसी सामग्री में घूम सकते हैं। धनात्मक छिद्र एक ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन को आकर्षित करता है जिससे एक क्षणभंगुर साझेदारी बनती है, जिसे एक्साइटन के रूप में जाना जाता है, उस क्षण में जब इलेक्ट्रॉन छेद को प्लग करता है। शान और माकू आकर्षण को मापा 2D टंगस्टन डिसेलेनाइड में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के बीच और इसे एक विशिष्ट 3D अर्धचालक की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक मजबूत पाया। खोज ने संकेत दिया कि टीएमडी में उत्तेजना विशेष रूप से मजबूत हो सकती है, और सामान्य तौर पर इलेक्ट्रॉनों में सभी प्रकार की अजीब चीजें करने की अधिक संभावना होती है।
दंपति ने पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी में एक साथ स्थान हासिल किया और वहां एक प्रयोगशाला शुरू की। अंत में यह आश्वस्त हो गया कि टीएमडी अपने करियर पर दांव लगाने लायक थे, उन्होंने सामग्री को अपने नए समूह का ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने शादी भी कर ली।
इस बीच, कोलंबिया में हॉन की टीम ने देखा कि जब उन्होंने इसे उच्च गुणवत्ता वाले इन्सुलेटर, बोरॉन नाइट्राइड के ऊपर रखा तो ग्रैफेन की संपत्तियां और भी चरम हो गईं। यह 2डी सामग्रियों के सबसे नए पहलुओं में से एक का प्रारंभिक उदाहरण था: उनकी स्टैकेबिलिटी।
एक 2D सामग्री को दूसरे के ऊपर रखें, और परतें नैनोमीटर के एक अंश को अलग कर देंगी - उनके इलेक्ट्रॉनों के दृष्टिकोण से कोई दूरी नहीं। नतीजतन, खड़ी चादरें प्रभावी रूप से एक पदार्थ में विलीन हो जाती हैं। "यह सिर्फ दो सामग्री एक साथ नहीं है," वांग ने कहा। "आप वास्तव में एक नई सामग्री बनाते हैं।"
जबकि ग्रैफेन में विशेष रूप से कार्बन परमाणु होते हैं, टीएमडी जाली के विविध परिवार स्टैकिंग गेम में दर्जनों अतिरिक्त तत्व लाते हैं। प्रत्येक टीएमडी की अपनी आंतरिक क्षमताएं होती हैं। कुछ चुंबकीय हैं; अन्य अतिचालक। शोधकर्ताओं ने अपनी संयुक्त शक्तियों के साथ उन्हें फैशन सामग्री के साथ मिलाने और मिलाने की आशा की।
लेकिन जब हॉन के समूह ने मोली डाइसल्फ़ाइड को एक इन्सुलेटर पर रखा, तो स्टैक के गुणों ने ग्रेफीन में जो देखा था, उसकी तुलना में कम लाभ दिखाया। आखिरकार उन्हें एहसास हुआ कि उन्होंने टीएमडी क्रिस्टल की गुणवत्ता की जांच नहीं की है। जब उनके कुछ सहयोगियों ने अपने मोली डाइसल्फ़ाइड को एक माइक्रोस्कोप के नीचे चिपका दिया, जो अलग-अलग परमाणुओं को हल करने में सक्षम था, तो वे दंग रह गए। कुछ परमाणु गलत जगह पर बैठे थे, जबकि अन्य पूरी तरह से गायब हो गए थे। 1 जाली साइटों में से 100 में कुछ समस्या थी, जिससे इलेक्ट्रॉनों को निर्देशित करने की जाली की क्षमता बाधित हुई। तुलना में, ग्रैफेन पूर्णता की छवि थी, जिसमें प्रति मिलियन परमाणुओं में लगभग एक दोष था। "आखिरकार हमें एहसास हुआ कि जो सामान हम खरीद रहे थे वह पूरा कचरा था," होन ने कहा।
2016 के आसपास, उन्होंने बढ़ते अनुसंधान-ग्रेड टीएमडी के व्यवसाय में जाने का फैसला किया। उन्होंने एक पोस्टडॉक की भर्ती की, डेनियल रोड्स, अत्यधिक उच्च तापमान पर कच्चे माल के पाउडर को पिघलाकर और फिर उन्हें हिमनद गति से ठंडा करके क्रिस्टल विकसित करने का अनुभव। "यह पानी में चीनी से रॉक कैंडी उगाने जैसा है," होन ने समझाया। व्यावसायिक तरीकों के लिए कुछ दिनों की तुलना में नई प्रक्रिया में एक महीने का समय लगा। लेकिन इसने रासायनिक कैटलॉग में बिक्री की तुलना में सैकड़ों से हजारों गुना बेहतर टीएमडी क्रिस्टल का उत्पादन किया।
इससे पहले कि शान और माक होन के तेजी से बढ़ते प्राचीन क्रिस्टल का लाभ उठा सकें, उन्हें सूक्ष्म फ्लेक्स के साथ काम करने का तरीका पता लगाने के असंगत कार्य का सामना करना पड़ा जो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करना पसंद नहीं करते हैं। इलेक्ट्रॉनों में पंप करने के लिए (परिवहन तकनीक का आधार माक ने पोस्टडॉक के रूप में उठाया था), युगल ने अनगिनत विवरणों पर ध्यान दिया: इलेक्ट्रोड के लिए किस प्रकार की धातु का उपयोग करना है, इसे टीएमडी से कितनी दूर रखना है, यहां तक कि किन रसायनों को भी। संपर्कों को साफ करने के लिए उपयोग करें। मैक ने कहा, इलेक्ट्रोड स्थापित करने के अंतहीन तरीकों की कोशिश धीमी और श्रमसाध्य थी - "इसे परिष्कृत करने या उस बिट को थोड़ा सा परिष्कृत करने की एक समय लेने वाली प्रक्रिया।"
उन्होंने यह पता लगाने में भी वर्षों बिताए कि सूक्ष्म गुच्छे को कैसे उठाया और ढेर किया जाए, जो एक मीटर के दसवें हिस्से के दसवें हिस्से को मापते हैं। इस क्षमता के साथ, प्लस होन के क्रिस्टल और बेहतर विद्युत संपर्कों के साथ, 2018 में सब कुछ एक साथ आया। युगल कॉर्नेल में नई स्थिति लेने के लिए इथाका, न्यूयॉर्क चले गए, और अग्रणी परिणामों का एक झरना उनकी प्रयोगशाला से बाहर आ गया।
कॉर्नेल में सफलताएँ
मैक और शान के समूह में स्नातक छात्र झेंगचाओ ज़िया ने कहा, "आज, किसी कारण से सब कुछ चुनना मुश्किल है, क्योंकि बोरॉन नाइट्राइड फ्लेक के अंधेरे सिल्हूट के छीलने और नीचे सिलिकॉन सतह पर वापस गिरने की धमकी दी गई थी। मेडागास्कर के आकार की चादर सऊदी अरब से मिलते-जुलते ग्रेफाइट के एक हिस्से से उतनी ही चिपकी हुई थी, जितनी कि कागज हाल ही में रगड़े गए गुब्बारे की खुरदरी सतह से चिपक सकता है। ग्रेफाइट, बदले में, एक कांच की स्लाइड से जुड़ी प्लास्टिक की ओस की बूंद से चिपक गया था। ज़िया ने स्लाइड को पकड़ने वाले मोटर चालित स्टैंड को निर्देशित करने के लिए एक कंप्यूटर इंटरफ़ेस का उपयोग किया। जैसे आर्केड-गोअर एक जॉयस्टिक के साथ एक पंजा मशीन को घुमा सकता है, उसने प्रति माउस क्लिक मीटर के दस लाखवें हिस्से के पांचवें हिस्से की दर से हवा में ढेर को उठाया, यह देखने के लिए कंप्यूटर मॉनीटर पर ध्यान से देखा कि क्या उसके पास था बोरॉन नाइट्राइड परत को सफलतापूर्वक पकड़ लिया।
उसके पास था। कुछ और क्लिकों के साथ दो-परत स्टैक मुक्त हो गया, और ज़िया तेजी से लेकिन जानबूझकर फ्लेक्स को धातु इलेक्ट्रोड के साथ एम्बेडेड तीसरी सामग्री पर जमा करने के लिए आगे बढ़ी। कुछ और क्लिकों के साथ उसने सतह को गर्म किया, इससे पहले कि हम में से कोई भी सूक्ष्म उपकरण को छींक सके, स्लाइड के प्लास्टिक चिपकने को पिघला देता है।
"मेरे पास हमेशा यह दुःस्वप्न होता है कि यह गायब हो जाता है," उसने कहा।
शुरू से अंत तक, ज़िया को एक साधारण उपकरण के निचले आधे हिस्से को इकट्ठा करने में एक घंटे से अधिक समय लगा था - एक खुले चेहरे वाले PB&J के बराबर। उसने मुझे एक और स्टैक दिखाया जो उसने हाल ही में एक साथ रखा था और कुछ अवयवों को तोड़ दिया, जिसमें टीएमडी टंगस्टन डिसेलेनाइड और मोली डिटेल्यूराइड शामिल थे। पिछले साल उन्होंने दर्जनों सूक्ष्म सैंडविच का निर्माण और अध्ययन किया है, डिवाइस के इस डैगवुड में 10 परतें थीं और इकट्ठा करने में कई घंटे लगते थे।
2डी सामग्रियों का यह स्टैकिंग, जो कोलंबिया, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, बर्कले, हार्वर्ड और अन्य संस्थानों की प्रयोगशालाओं में भी किया जाता है, संघनित पदार्थ भौतिकविदों के लंबे समय से चले आ रहे सपने को साकार करने का प्रतिनिधित्व करता है। शोधकर्ता अब जमीन में पाए जाने वाले या प्रयोगशाला में धीरे-धीरे उगाए जाने वाले पदार्थों तक ही सीमित नहीं हैं। अब वे लेगो ईंटों के परमाणु समकक्ष के साथ खेल सकते हैं, वांछित गुणों के साथ बीस्पोक संरचनाओं का निर्माण करने के लिए चादरें एक साथ स्नैप कर सकते हैं। जब टीएमडी संरचनाओं को इकट्ठा करने की बात आती है, तो कुछ लोग कॉर्नेल समूह तक चले गए हैं।
कॉर्नेल में मैक और शान की पहली बड़ी खोज संबंधित एक्साइटन्स, दृढ़ता से बंधे हुए इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जो उन्होंने 2014 में टीएमडी में देखे थे। एक्साइटन्स भौतिकविदों को साज़िश करते हैं क्योंकि ये "अर्धकण"संघनित पदार्थ भौतिकी के एक बारहमासी लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए एक चौराहे का रास्ता पेश कर सकता है: कमरे का तापमान अतिचालकता।
एक्सिटॉन इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन जोड़े के समान फंकी नियमों द्वारा खेलते हैं; ये इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े भी बोसॉन बन जाते हैं, जो उन्हें बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के रूप में ज्ञात एक साझा क्वांटम अवस्था में "संघनित" करने देता है। क्वासिपार्टिकल्स का यह सुसंगत गिरोह सुपरफ्लुइडिटी, बिना किसी प्रतिरोध के प्रवाह की क्षमता जैसे क्वांटम लक्षण प्रदर्शित कर सकता है। (जब एक सुपरफ्लुइड में विद्युत प्रवाह होता है, तो यह अतिचालक होता है।)
लेकिन प्रतिकारक इलेक्ट्रॉनों के विपरीत, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को युगल बनाना पसंद है। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह संभावित रूप से उनके गोंद को मजबूत बनाता है। एक्साइटन-आधारित सुपरकंडक्टिविटी की चुनौतियां इलेक्ट्रॉन को छेद को भरने से रोकने और विद्युत रूप से तटस्थ जोड़े को करंट में प्रवाहित करने में निहित हैं - सभी को यथासंभव गर्म कमरे में। अब तक, माक और शान ने पहली समस्या का समाधान किया है और दूसरी से निपटने की योजना बनाई है।
परमाणुओं के बादलों को शक्तिशाली लेज़रों के साथ पूर्ण शून्य से ऊपर के बालों में ठंडा करके कंडेनसेट बनाने के लिए मजबूर किया जा सकता है। लेकिन सिद्धांतकारों को लंबे समय से संदेह है कि उच्च तापमान पर एक्साइटन के घनीभूत हो सकते हैं। कॉर्नेल समूह ने अपने स्टैकेबल टीएमडी के साथ इस विचार को वास्तविकता बना दिया। दो-परत सैंडविच का उपयोग करते हुए, उन्होंने ऊपरी परत में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को रखा और छिद्रों को छोड़कर नीचे से इलेक्ट्रॉनों को हटा दिया। इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को जोड़ा जाता है, जो लंबे समय तक जीवित रहते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को अपने भागीदारों को बेअसर करने के लिए विपरीत परत पर कूदने में परेशानी होती है। अक्टूबर 2019 में, समूह सूचित संकेत एक बाल्मी 100 केल्विन पर एक एक्साइटन घनीभूत होता है। इस सेटअप में, एक्साइटन्स नैनोसेकंड के दसियों के लिए बने रहे, इस प्रकार के क्वासिपार्टिकल के लिए जीवन भर। 2021 की शरद ऋतु में, समूह ने एक बेहतर उपकरण का वर्णन किया जहां उत्तेजना मिलीसेकंड तक चलती है, जिसे मैक ने "व्यावहारिक रूप से हमेशा के लिए" कहा।
टीम अब पीछा कर रही है एक योजना 2008 में सिद्धांतकारों द्वारा एक एक्साइटन करंट बनाने के लिए मनगढ़ंत। एलन मैकडोनाल्ड, टेक्सास विश्वविद्यालय, ऑस्टिन में एक प्रमुख संघनित पदार्थ सिद्धांतकार, और उनके स्नातक छात्र जंग-जुंग सु ने एक विद्युत क्षेत्र को एक तरह से उन्मुख करके तटस्थ उत्तेजना प्रवाह बनाने का प्रस्ताव दिया जो इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों दोनों को एक ही दिशा में जाने के लिए प्रोत्साहित करता है। प्रयोगशाला में इसे दूर करने के लिए, कॉर्नेल समूह को एक बार फिर अपने बारहमासी दुश्मन, विद्युत संपर्कों से जूझना होगा। इस मामले में, उन्हें टीएमडी परतों के लिए इलेक्ट्रोड के कई सेट संलग्न करने होंगे, कुछ एक्साइटन बनाने के लिए और अन्य उन्हें स्थानांतरित करने के लिए।
शान और माक का मानना है कि वे जल्द ही 100 केल्विन तक एक्साइटन प्रवाहित करने की राह पर हैं। यह एक व्यक्ति के लिए एक ठंडा कमरा है (−173 डिग्री सेल्सियस या −280 डिग्री फ़ारेनहाइट), लेकिन यह नैनोकेल्विन स्थितियों से एक बड़ी छलांग है जिसकी अधिकांश बोसोनिक कंडेनसेट की आवश्यकता होती है।
"यह अपने आप में एक अच्छी उपलब्धि होगी," माक ने धूर्त मुस्कान के साथ कहा, "तापमान को एक अरब गुना गर्म करने के लिए।"
जादुई Moiré सामग्री
2018 में, जबकि कॉर्नेल लैब ने अपने टीएमडी प्रयोगों को गति दी, एक और ग्रैफेन आश्चर्य ने दूसरी 2 डी सामग्री क्रांति शुरू की। पाब्लो जरिलो-हेरेरो, एमआईटी और एक अन्य कोलंबिया फिटकिरी के एक शोधकर्ता ने घोषणा की कि नीचे की परत के संबंध में ग्रैफेन की एक परत को घुमाकर एक जादुई नई 2 डी सामग्री बनाई गई है। रहस्य ऊपरी परत को इस तरह गिराना था कि उसके हेक्सागोन एक मामूली "ट्विस्ट" के साथ उतरे, ताकि वे नीचे दिए गए हेक्सागोन्स के खिलाफ ठीक 1.1 डिग्री घुमाए। यह कोण मिसलिग्न्मेंट परमाणुओं के बीच एक ऑफसेट का कारण बनता है जो बढ़ता है और सिकुड़ता है क्योंकि आप एक सामग्री के पार जाते हैं, जिससे बड़े "सुपरसेल्स" का दोहराव पैटर्न उत्पन्न होता है जिसे मोइरे सुपरलैटिस के रूप में जाना जाता है। मैकडोनाल्ड और एक सहयोगी ने 2011 . में गणना की गई कि 1.1 डिग्री के "मैजिक एंगल" पर, सुपरलैटिस की अनूठी क्रिस्टल संरचना ग्रेफीन के इलेक्ट्रॉनों को अपने पड़ोसियों के प्रतिकर्षण को धीमा करने और महसूस करने के लिए मजबूर करेगी।
जब इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे के प्रति जागरूक होते हैं, तो अजीब चीजें होती हैं। सामान्य इन्सुलेटर, कंडक्टर और अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों को केवल परमाणुओं की जाली के साथ बातचीत करने के लिए माना जाता है; वे एक दूसरे को नोटिस करने के लिए बहुत तेज़ी से दौड़ते हैं। लेकिन क्रॉल करने के लिए धीमा, इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे को धक्का दे सकते हैं और सामूहिक रूप से विदेशी क्वांटम राज्यों का वर्गीकरण मान सकते हैं। जारिलो-हेरेरो के प्रयोगों ने प्रदर्शित किया कि, के लिए ठीक से नहीं समझा गया कारण, मुड़, जादू-कोण ग्राफीन में यह इलेक्ट्रॉन-से-इलेक्ट्रॉन संचार an . को जन्म देता है अतिचालकता का विशेष रूप से मजबूत रूप.
ग्राफीन मोइरे सुपरलैटिस ने भी शोधकर्ताओं को इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करने के एक नए तरीके से परिचित कराया। सुपरलैटिस में, इलेक्ट्रॉन व्यक्तिगत परमाणुओं से बेखबर हो जाते हैं और खुद को सुपरसेल का अनुभव करते हैं जैसे कि वे विशाल परमाणु थे। यह सामूहिक क्वांटम राज्यों को बनाने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉनों के साथ सुपरसेल को पॉप्युलेट करना आसान बनाता है। प्रति सुपरसेल में इलेक्ट्रॉनों की औसत संख्या को ऊपर या नीचे डायल करने के लिए एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हुए, जारिलो-हेरेरो का समूह अपने मुड़ बिलीयर ग्रेफीन डिवाइस को सुपरकंडक्टर के रूप में कार्य करने में सक्षम था, के रूप में कार्य करता है एक इन्सुलेटर, या प्रदर्शित करें a दूसरे का बेड़ा, अजनबी इलेक्ट्रॉन व्यवहार.
दुनिया भर के भौतिक विज्ञानी "ट्विस्ट्रॉनिक्स" के नवजात क्षेत्र में पहुंचे। लेकिन कई लोगों ने पाया है कि घुमा कठिन है। परमाणुओं के पास "जादू" 1.1-डिग्री मिसलिग्न्मेंट में बड़े करीने से गिरने का कोई कारण नहीं है, इसलिए चादरें इस तरह से झुर्रीदार होती हैं जो उनके गुणों को पूरी तरह से बदल देती हैं। कॉर्नेल स्नातक छात्रा ज़िया ने कहा कि अन्य विश्वविद्यालयों में उसके दोस्तों का एक समूह है जो मुड़ उपकरणों के साथ काम कर रहा है। एक कार्यशील उपकरण बनाने में आमतौर पर उन्हें दर्जनों प्रयास करने पड़ते हैं। और फिर भी, प्रत्येक उपकरण अलग तरह से व्यवहार करता है, इसलिए विशिष्ट प्रयोगों को दोहराना लगभग असंभव है।
TMDs moiré superlattices बनाने का एक आसान तरीका प्रस्तुत करते हैं। क्योंकि अलग-अलग टीएमडी में अलग-अलग आकार के हेक्सागोनल लैटिस होते हैं, एक छोटी जाली के ऊपर थोड़े बड़े हेक्सागोन्स की जाली को ढेर करने से एंगल मिसलिग्न्मेंट की तरह ही एक मोइरे पैटर्न बनता है। इस मामले में, क्योंकि परतों के बीच कोई घुमाव नहीं है, स्टैक के जगह में स्नैप होने और स्थिर रहने की अधिक संभावना है। जब ज़िया एक टीएमडी मोइरे डिवाइस बनाने के लिए निकलती है, तो उसने कहा, वह आम तौर पर पांच में से चार बार सफल होती है।
TMD moiré सामग्री इलेक्ट्रॉन अंतःक्रियाओं की खोज के लिए आदर्श खेल के मैदान बनाती है। क्योंकि सामग्री अर्धचालक हैं, उनके इलेक्ट्रॉन भारी हो जाते हैं क्योंकि वे सामग्री के माध्यम से स्लोगन करते हैं, ग्रेफीन में उन्मत्त इलेक्ट्रॉनों के विपरीत। और विशाल मोइरे कोशिकाएं उन्हें और धीमा कर देती हैं: जबकि इलेक्ट्रॉन अक्सर "सुरंग" द्वारा परमाणुओं के बीच चलते हैं, टेलीपोर्टेशन के समान एक क्वांटम यांत्रिक व्यवहार, सुरंग शायद ही कभी एक मूर जाली में होती है, क्योंकि सुपरसेल उनके अंदर परमाणुओं की तुलना में लगभग 100 गुना आगे बैठते हैं। . दूरी इलेक्ट्रॉनों को बसने में मदद करती है और उन्हें अपने पड़ोसियों को जानने का मौका देती है।
शान और माक के मित्रवत प्रतिद्वंद्वी, फेंग वांग, टीएमडी मोइरे सुपरलैटिस की क्षमता को पहचानने वाले पहले लोगों में से एक थे। बैक-ऑफ-द-लिफाफा गणना ने सुझाव दिया कि इन सामग्रियों को इलेक्ट्रॉनों को व्यवस्थित करने के सबसे सरल तरीकों में से एक को जन्म देना चाहिए - एक राज्य जिसे विग्नर क्रिस्टल के रूप में जाना जाता है, जहां पारस्परिक प्रतिकर्षण सुस्त इलेक्ट्रॉनों को जगह में बंद कर देता है। वांग की टीम ने देखा ऐसे राज्यों के संकेत 2020 में और प्रकाशित पहली छवि हाथ की लंबाई पर एक दूसरे को पकड़े हुए इलेक्ट्रॉनों की प्रकृति 2021 में। तब तक, वांग की टीएमडी मौइरे गतिविधियों के बारे में पहले से ही टाइट 2 डी भौतिकी समुदाय के माध्यम से फैल गया था, और कॉर्नेल टीएमडी कारखाना अपने स्वयं के टीएमडी मोइरे उपकरणों का मंथन कर रहा था। शान और माक ने 2020 में टीएमडी सुपरलैटिस में विग्नर क्रिस्टल के साक्ष्य की भी सूचना दी और महीनों के भीतर पता चला कि उनके उपकरणों में इलेक्ट्रॉन लगभग क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं। दो दर्जन विभिन्न विग्नर क्रिस्टल पैटर्न.
उसी समय, कॉर्नेल समूह टीएमडी मूर सामग्री को एक बिजली उपकरण में भी तैयार कर रहा था। मैकडोनाल्ड और सहयोगी भविष्यवाणी की थी 2018 में कि इन उपकरणों में तकनीकी विशेषताओं का सही संयोजन है ताकि वे संघनित पदार्थ भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण खिलौना मॉडल में से एक का पूरी तरह से प्रतिनिधित्व कर सकें। हबर्ड मॉडल, जैसा कि इसे कहा जाता है, एक सैद्धांतिक प्रणाली है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉन व्यवहारों को समझने के लिए किया जाता है। स्वतंत्र रूप से प्रस्तावित 1963 में मार्टिन गुत्ज़विल्लर, जुन्जिरो कानामोरी और जॉन हबर्ड द्वारा, मॉडल भौतिकविदों का सबसे आवश्यक सुविधाओं के लिए क्रिस्टलीय जाली की व्यावहारिक रूप से अनंत विविधता को छीनने का सबसे अच्छा प्रयास है। इलेक्ट्रॉनों की मेजबानी करने वाले परमाणुओं के ग्रिड को चित्रित करें। हबर्ड मॉडल मानता है कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन दो प्रतिस्पर्धी ताकतों को महसूस करता है: यह पड़ोसी परमाणुओं को सुरंग बनाकर आगे बढ़ना चाहता है, लेकिन इसे अपने पड़ोसियों द्वारा भी खदेड़ दिया जाता है, जिससे यह वहीं रहना चाहता है जहां वह है। विभिन्न व्यवहार उत्पन्न होते हैं, जिसके आधार पर इच्छा प्रबल होती है। हबर्ड मॉडल के साथ एकमात्र समस्या यह है कि सभी सरल मामलों में - परमाणुओं की एक 1D स्ट्रिंग - यह गणितीय रूप से अघुलनशील है।
मैकडॉनल्ड्स और उनके सहयोगियों के अनुसार, टीएमडी मोइरे सामग्री हबर्ड मॉडल के "सिम्युलेटर" के रूप में कार्य कर सकती है, संभावित रूप से क्षेत्र के कुछ गहरे रहस्यों को हल कर सकती है, जैसे कि गोंद की प्रकृति जो इलेक्ट्रॉनों को कप्रेट में सुपरकंडक्टिंग जोड़े में बांधती है। एक असंभव समीकरण के साथ संघर्ष करने के बजाय, शोधकर्ता टीएमडी सैंडविच में इलेक्ट्रॉनों को ढीला कर सकते हैं और देख सकते हैं कि उन्होंने क्या किया। "हम इस मॉडल को लिख सकते हैं, लेकिन बहुत सारे महत्वपूर्ण सवालों के जवाब देना बहुत मुश्किल है," मैकडोनाल्ड ने कहा। "अब हम इसे केवल एक प्रयोग करके कर सकते हैं। यह वास्तव में अभूतपूर्व है।"
अपने हबर्ड मॉडल सिम्युलेटर का निर्माण करने के लिए, शान और मैक ने मोइरे सुपरलैटिस बनाने के लिए टंगस्टन डिसेलेनाइड और टंगस्टन सल्फाइड की परतों को ढेर किया, और उन्होंने टीएमडी सैंडविच से गुजरने वाले विद्युत क्षेत्र को डायल अप या डाउन करने के लिए इलेक्ट्रोड संलग्न किए। विद्युत क्षेत्र नियंत्रित करता है कि प्रत्येक सुपरसेल में कितने इलेक्ट्रॉन भरेंगे। चूँकि कोशिकाएँ विशाल परमाणुओं की तरह काम करती हैं, एक इलेक्ट्रॉन से दो इलेक्ट्रॉनों प्रति सुपरसेल में जाना हाइड्रोजन परमाणुओं की एक जाली को हीलियम परमाणुओं की एक जाली में बदलने जैसा था। उनके में प्रारंभिक हबर्ड मॉडल प्रकाशन in प्रकृति मार्च 2020 में, उन्होंने अधिकतम दो इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणुओं का अनुकरण करने की सूचना दी; आज, वे आठ तक जा सकते हैं। कुछ अर्थों में, उन्होंने सीसे को सोने में बदलने के प्राचीन उद्देश्य को महसूस किया था। "यह ट्यूनिंग रसायन शास्त्र की तरह है," मैक ने कहा, "आवर्त सारणी के माध्यम से जा रहा है।" सिद्धांत रूप में, वे काल्पनिक परमाणुओं के एक ग्रिड को भी जोड़ सकते हैं, कहते हैं, प्रत्येक में 1.38 इलेक्ट्रॉन।
इसके बाद, समूह ने कृत्रिम परमाणुओं के दिलों को देखा। अधिक इलेक्ट्रोड के साथ, वे विशाल सिंथेटिक परमाणुओं के केंद्रों में सकारात्मक प्रोटॉन जोड़ने के समान परिवर्तन करके सुपरसेल की "क्षमता" को नियंत्रित कर सकते हैं। एक नाभिक में जितना अधिक आवेश होता है, इलेक्ट्रॉनों के लिए सुरंग बनाना उतना ही कठिन होता है, इसलिए यह विद्युत क्षेत्र उन्हें उछालने की प्रवृत्ति को बढ़ाने और कम करने देता है।
विशाल परमाणुओं पर माक और शान का नियंत्रण - और इसलिए हबर्ड मॉडल - पूरा हो गया था। TMD moiré प्रणाली उन्हें ersatz परमाणुओं के एक ग्रिड को बुलाने देती है, यहाँ तक कि वे भी जो प्रकृति में मौजूद नहीं हैं, और आसानी से उन्हें अपनी इच्छानुसार रूपांतरित कर सकते हैं। यह एक ऐसी शक्ति है, जो इस क्षेत्र के अन्य शोधकर्ताओं के लिए भी जादुई सीमा पर है। किम ने कहा, "अगर मैं उनके सबसे रोमांचक और प्रभावशाली प्रयास के बारे में बताऊं, तो वह है।"
कॉर्नेल समूह ने 70 साल पुरानी बहस को निपटाने के लिए जल्दी से अपने डिजाइनर परमाणुओं का इस्तेमाल किया। प्रश्न था: क्या होगा यदि आप एक इन्सुलेटर ले सकते हैं और उसके परमाणुओं को एक संवाहक धातु में बदलने के लिए बदल सकते हैं? क्या बदलाव धीरे-धीरे या अचानक होगा?
अपनी मौइरे कीमिया के साथ, शान और माक ने अपनी प्रयोगशाला में विचार प्रयोग को अंजाम दिया। पहले उन्होंने भारी परमाणुओं का अनुकरण किया, जो इलेक्ट्रॉनों को फँसाते थे ताकि टीएमडी सुपरलैटिस एक इन्सुलेटर की तरह काम करे। फिर उन्होंने परमाणुओं को सिकोड़ दिया, जाल को कमजोर कर दिया जब तक कि इलेक्ट्रॉन स्वतंत्रता की आशा करने में सक्षम नहीं हो गए, जिससे सुपरलैटिस एक संवाहक धातु बन गया। धीरे-धीरे गिरने वाले विद्युत प्रतिरोध को देखकर, क्योंकि सुपरलैटिस ने धातु की तरह तेजी से काम किया, उन्होंने दिखाया कि संक्रमण अचानक नहीं है। यह खोज, जो उन्होंने घोषणा की in प्रकृति पिछले साल, इस संभावना को खोलता है कि सुपरलैटिस के इलेक्ट्रॉन लंबे समय से मांगी गई तरलता को प्राप्त करने में सक्षम हो सकते हैं जिसे एक के रूप में जाना जाता है क्वांटम स्पिन तरल. "यह सबसे दिलचस्प समस्या हो सकती है जिससे कोई निपट सकता है," मैक ने कहा।
लगभग उसी समय, दंपति को कुछ भौतिक विज्ञानी उनकी अब तक की सबसे महत्वपूर्ण खोज मानते हैं। "यह वास्तव में एक कुल दुर्घटना थी," मैक ने कहा। "किसी ने इसकी उम्मीद नहीं की थी।"
जब उन्होंने अपना हबर्ड सिम्युलेटर अनुसंधान शुरू किया, तो शोधकर्ताओं ने टीएमडी सैंडविच का इस्तेमाल किया जिसमें दो परतों पर हेक्सागोन गठबंधन होते हैं, संक्रमण धातुओं के ऊपर संक्रमण धातुओं और चाकोजेनाइड्स के ऊपर चाकोजेनाइड होते हैं। (यही वह समय था जब उन्होंने धीरे-धीरे इन्सुलेटर-टू-मेटल संक्रमण की खोज की।) फिर, गंभीरता से, उन्होंने उन उपकरणों के साथ प्रयोग दोहराया जिसमें शीर्ष परत को पीछे की ओर रखा गया था।
पहले की तरह, इलेक्ट्रॉनों के उछलने के साथ ही प्रतिरोध कम होने लगा। लेकिन फिर यह अचानक गिर गया, इतना नीचे चला गया कि शोधकर्ताओं ने सोचा कि क्या मूर ने सुपरकंडक्ट करना शुरू कर दिया है। आगे की खोज, हालांकि, वे प्रतिरोध का एक दुर्लभ पैटर्न मापा गया क्वांटम विषम हॉल प्रभाव के रूप में जाना जाता है - सबूत है कि कुछ भी अजीब चल रहा था। प्रभाव ने संकेत दिया कि डिवाइस की क्रिस्टल संरचना सामग्री के किनारे पर इलेक्ट्रॉनों को केंद्र में उन लोगों से अलग तरीके से कार्य करने के लिए मजबूर कर रही थी। डिवाइस के बीच में, इलेक्ट्रॉन एक इन्सुलेट स्थिति में फंस गए थे। लेकिन परिधि के चारों ओर, वे एक दिशा में बह गए - सुपर-लो प्रतिरोध की व्याख्या करते हुए। दुर्घटना से, शोधकर्ताओं ने एक अत्यंत असामान्य और नाजुक प्रकार का पदार्थ बनाया था जिसे चेर्न इंसुलेटर के रूप में जाना जाता है।
क्वांटम विषम हॉल प्रभाव, पहली बार 2013 में मनाया गया, आमतौर पर अलग हो जाता है यदि तापमान केल्विन के कुछ सौवें हिस्से से ऊपर बढ़ जाता है। 2019 में, सांता बारबरा में यंग के समूह ने इसे देखा था एकबारगी मुड़ ग्रेफीन सैंडविच लगभग 5 केल्विन पर। अब शान और माक ने लगभग एक ही तापमान पर प्रभाव हासिल कर लिया था, लेकिन एक नो-ट्विस्ट टीएमडी डिवाइस में जिसे कोई भी फिर से बना सकता है। "हमारा तापमान अधिक था, लेकिन मैं किसी भी दिन उनका तापमान लूंगा क्योंकि वे इसे लगातार 10 बार कर सकते हैं," यंग ने कहा। इसका मतलब है कि आप इसे समझ सकते हैं "और वास्तव में कुछ करने के लिए इसका इस्तेमाल करें।"
माक और शान का मानना है कि, कुछ फिजूलखर्ची के साथ, वे चेर्न इंसुलेटर बनाने के लिए टीएमडी मूर सामग्री का उपयोग कर सकते हैं जो 50 या 100 केल्विन तक जीवित रहते हैं। यदि वे सफल होते हैं, तो काम बिना किसी प्रतिरोध के करंट प्रवाहित करने का एक और तरीका हो सकता है - कम से कम छोटे "नैनोवायर" के लिए, जिसे वे डिवाइस के भीतर विशिष्ट स्थानों पर चालू और बंद करने में सक्षम हो सकते हैं।
फ्लैटलैंड में अन्वेषण
यहां तक कि ऐतिहासिक परिणाम ढेर होने के बावजूद, युगल धीमा होने का कोई संकेत नहीं दिखाता है। जिस दिन मैंने दौरा किया, माक ने देखा कि छात्रों ने एक विशाल कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर के साथ छेड़छाड़ की, जो उन्हें अब तक काम करने की तुलना में एक हजार गुना ठंडा तापमान पर अपने उपकरणों को ठंडा करने देगा। "गर्म" स्थितियों में खोज करने के लिए इतनी भौतिकी है कि समूह को सुपरकंडक्टिविटी के संकेतों के लिए गहन क्रायोजेनिक क्षेत्र को पूरी तरह से खोजने का मौका नहीं मिला है। यदि सुपर फ्रिज TMDs को अतिचालक होने देता है, तो यह एक अन्य प्रश्न का उत्तर देगा, जो दर्शाता है चुम्बकत्व का एक रूप जो कप्रेट के लिए आंतरिक है (लेकिन टीएमडी से अनुपस्थित) इलेक्ट्रॉन-बाध्यकारी गोंद का एक अनिवार्य घटक नहीं है। मैक ने कहा, "यह उन महत्वपूर्ण घटकों में से एक को मारने जैसा है जिसे सिद्धांतवादी वास्तव में लंबे समय तक मारना चाहते थे।"
उन्होंने और शान और उनके समूह ने कुछ मजेदार टीएमडी के साथ प्रयोग करना भी शुरू नहीं किया है। 2डी सामग्रियों के महाद्वीप के चारों ओर घूमने के लिए आवश्यक उपकरणों का आविष्कार करने में वर्षों बिताने के बाद, वे अंततः मोली डाइसल्फ़ाइड समुद्र तट से परे उद्यम करने के लिए कमर कस रहे हैं जो वे 2010 में वापस उतरे थे।
दोनों शोधकर्ता अपनी सफलता का श्रेय सहयोग की संस्कृति को देते हैं जिसे उन्होंने कोलंबिया में आत्मसात किया। हॉन के साथ प्रारंभिक सहयोग जिसने उन्हें मोली डाइसल्फ़ाइड से परिचित कराया, वे कहते हैं, वे उन कई अवसरों में से एक थे जिनका उन्होंने आनंद लिया क्योंकि वे अपनी जिज्ञासा का पालन करने के लिए स्वतंत्र थे। शान ने कहा, "हमें उनकी योजनाओं पर चर्चा करने की ज़रूरत नहीं थी", उनकी प्रयोगशाला के प्रमुख हेंज के साथ। “हमने अन्य समूहों के लोगों से बात की। हमने प्रयोग किए। हमने चीजों को लपेटा भी।"
आज वे कॉर्नेल में एक समान आराम के माहौल को बढ़ावा देते हैं, जहां वे दो दर्जन पोस्टडॉक्स की देखरेख करते हैं, शोधकर्ताओं और छात्रों का दौरा करते हैं, जिनमें से सभी अपनी बात करने के लिए काफी हद तक स्वतंत्र हैं। "छात्र बहुत होशियार होते हैं और उनके पास अच्छे विचार होते हैं," माक ने कहा। "कभी-कभी आप हस्तक्षेप नहीं करना चाहते हैं।"
इनकी शादी भी इनकी लैब को खास बनाती है। दोनों ने अपनी व्यक्तिगत ताकत में झुकना सीख लिया है। एक प्रयोगवादी के रूप में रचनात्मकता की प्रचुरता के अलावा, शान के पास एक सावधान अनुशासन है जो उसे एक अच्छा प्रबंधक बनाता है; जैसा कि हम तीनों ने बात की, वह अक्सर "प्रोफेसर फाई" को वापस ट्रैक पर ले जाती थी, जब भौतिकी के प्रति उनके उत्साह ने उन्हें तकनीकी में बहुत गहराई तक धकेल दिया। माक, अपने हिस्से के लिए, प्रयोगशाला के अंदर और बाहर, शुरुआती करियर शोधकर्ताओं के साथ मेहनत करने का आनंद लेते हैं। उन्होंने हाल ही में समूह के साथ रॉक क्लाइम्बिंग शुरू की। "ऐसा लगता है जैसे उनकी प्रयोगशाला उनका परिवार है," यंग ने कहा। शान और माक ने मुझे बताया कि वे अकेले की तुलना में एक साथ अधिक हासिल करते हैं। "एक प्लस एक दो से अधिक है," मैक ने कहा।
वे जिन उपकरणों का निर्माण कर रहे हैं, वे भी उनके भागों के योग से अधिक हो सकते हैं। जैसे ही शोधकर्ता टीएमडी शीट्स को एक्साइटन और मोइरे सुपरलैटिस बनाने के लिए एक साथ जोड़ते हैं, वे अनुमान लगाते हैं कि इलेक्ट्रॉनों को पालतू बनाने के नए तरीके तकनीक को कैसे सुपरचार्ज कर सकते हैं। भले ही पॉकेट-रेडी सुपरकंडक्टिविटी मायावी बनी रहे, बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट अल्ट्रा-सेंसिटिव क्वांटम सेंसर को जन्म दे सकते हैं, और चेर्न जैसे इंसुलेटर का बेहतर नियंत्रण सक्षम कर सकता है शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर. और वे सिर्फ स्पष्ट विचार हैं। सामग्री विज्ञान में वृद्धिशील सुधार अक्सर आमूल-चूल अनुप्रयोगों को जोड़ते हैं जो कुछ ही आते हैं। उदाहरण के लिए, जिन शोधकर्ताओं ने ट्रांजिस्टर विकसित किया है, उन्हें एक नख के आकार की चिप में भरे अरबों सूक्ष्म स्विच द्वारा संचालित स्मार्टफोन की भविष्यवाणी करने के लिए संघर्ष करना पड़ा होगा। और जिन वैज्ञानिकों ने कांच के रेशों को फैशन करने का प्रयास किया, जो उनकी प्रयोगशाला बेंच में प्रकाश ले जा सकते थे, वे यह अनुमान नहीं लगा सकते थे कि 10,000 किलोमीटर के पानी के नीचे के ऑप्टिकल फाइबर किसी दिन महाद्वीपों को जोड़ देंगे। द्वि-आयामी सामग्री समान रूप से अप्रत्याशित दिशाओं में विकसित हो सकती है। "वास्तव में एक नया सामग्री मंच मौजूदा सामग्रियों को विस्थापित करने के विरोध में अपने स्वयं के अनुप्रयोगों को उत्पन्न करता है," हेंज ने कहा।
मुझे इथाका बस स्टॉप पर ले जाते समय, शान और माक ने मुझे हाल ही में (और दुर्लभ) छुट्टी के बारे में बताया, जो वे बानफ, कनाडा ले गए थे, जहाँ उन्होंने एक बार फिर प्रयास और भाग्य के मिश्रण के माध्यम से आश्चर्य पर ठोकर खाने की अपनी आदत का प्रदर्शन किया। उन्होंने एक भालू को खोजने के लिए - व्यर्थ - कोशिश करते हुए दिन बिताए थे। फिर, यात्रा के अंत में, हवाई अड्डे के रास्ते में, वे एक वनस्पति रिजर्व में अपने पैरों को फैलाने के लिए रुक गए और खुद को एक काले भालू के साथ आमने-सामने पाया।
इसी तरह, संघनित पदार्थ भौतिकी के साथ, उनका दृष्टिकोण एक नए परिदृश्य में एक साथ घूमना और देखना है कि क्या दिखाई देता है। "हमारे पास बहुत सैद्धांतिक मार्गदर्शन नहीं है, लेकिन हम सिर्फ बेवकूफ बनाते हैं और प्रयोगों के साथ खेलते हैं," मैक ने कहा। "यह विफल हो सकता है, लेकिन कभी-कभी आप बहुत अप्रत्याशित चीज से टकरा सकते हैं।"
