क्वांटम प्रभाव मुड़ बाइलेयर ग्राफीन को सुपरकंडक्टर बनाने में मदद कर सकते हैं

भौतिकविदों के नए प्रयोगों के अनुसार, क्वांटम ज्यामिति ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन (टीबीएलजी) नामक सामग्री को सुपरकंडक्टर बनने की अनुमति देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी, डलास विश्वविद्यालय में टेक्सास, और सामग्री विज्ञान के लिए राष्ट्रीय संस्थान जापान में। खोज से पता चलता है कि सुपरकंडक्टर्स के लिए व्यापक रूप से नियोजित बार्डीन-कूपर-श्राइफ़र (बीसीएस) समीकरणों को टीबीएलजी जैसी सामग्रियों के लिए संशोधित करने की आवश्यकता है जिनमें बहुत धीमी गति से चलने वाले चार्ज होते हैं। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह उच्च तापमान पर काम करने वाले नए सुपरकंडक्टर्स की खोज में नए मार्गदर्शक सिद्धांत प्रदान करने में भी मदद कर सकता है।

ग्राफीन एक छत्ते के पैटर्न में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं का एक द्वि-आयामी क्रिस्टल है। यह तथाकथित "आश्चर्यजनक सामग्री" कई असाधारण गुणों का दावा करती है, जिसमें उच्च विद्युत चालकता भी शामिल है क्योंकि चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉन और छेद) कार्बन जाली के माध्यम से बहुत तेज गति से ज़ूम करते हैं।

2018 में शोधकर्ताओं ने नेतृत्व किया पाब्लो जरिलो-हेरेरो एमआईटी ने पाया कि जब दो ऐसी शीटों को एक छोटे कोण के गलत संरेखण के साथ एक दूसरे के ऊपर रखा जाता है, तो वे एक संरचना बनाते हैं जिसे मोइरे सुपरलैटिस के रूप में जाना जाता है। और जब उनके बीच का मोड़ कोण 1.08° के (सैद्धांतिक रूप से अनुमानित) "जादुई कोण" तक पहुंच जाता है, तो यह "मुड़" बाइलेयर कॉन्फ़िगरेशन एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान के नीचे अतिचालकता जैसे गुण दिखाना शुरू कर देता है, T_c, – अर्थात यह बिना किसी प्रतिरोध के विद्युत का संचालन करता है।

इस कोण पर, दो युग्मित शीटों में इलेक्ट्रॉनों की गति बदल जाती है क्योंकि वे अब खुद को एक ही ऊर्जा पर व्यवस्थित करने के लिए मजबूर होते हैं। इससे "फ्लैट" इलेक्ट्रॉनिक बैंड बनते हैं, जिसमें अलग-अलग संवेग होने के बावजूद इलेक्ट्रॉन अवस्थाओं में बिल्कुल समान ऊर्जा होती है। यह फ्लैट बैंड संरचना इलेक्ट्रॉनों को फैलाव रहित बनाती है - अर्थात, उनकी गतिज ऊर्जा पूरी तरह से दब जाती है और वे मोइरे जाली में नहीं जा सकते हैं। इसका परिणाम यह होता है कि कण लगभग रुक जाते हैं और युग्मित शीट के साथ विशिष्ट स्थानों पर स्थानीयकृत हो जाते हैं।

एक चालन विरोधाभास

नए काम में, शोधकर्ताओं ने नेतृत्व किया मार्क बॉकरथ और जेनी लाउ, दिखाया कि टीबीएलजी में इलेक्ट्रॉन लगभग 700-1200 मीटर/सेकेंड की धीमी गति से चलते हैं। यह पारंपरिक शब्दों में तेज़ लग सकता है, लेकिन वास्तव में यह मोनोलेयर ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों की गति से 1000 गुना धीमी गति का कारक है।

लाउ बताते हैं, "यह वेग टीबीएलजी में इलेक्ट्रॉनों के लिए एक आंतरिक गति का गठन करता है और इसलिए यह इस बात की भी सीमा है कि सामग्री कितनी धारा ले जा सकती है, चाहे वह सुपरकंडक्टिंग हो या धात्विक।" "यह धीमी गति एक विरोधाभास को जन्म देती है: यदि इलेक्ट्रॉन इतनी धीमी गति से चलते हैं, तो टीबीएलजी बिजली का संचालन कैसे करता है, सुपरकंडक्ट की तो बात ही छोड़ दें?"

"उत्तर क्वांटम ज्यामिति है," वह कहती हैं।

साधारण ज्यामिति से तात्पर्य है कि बिंदु या वस्तुएं स्थानिक रूप से कैसे संबंधित हैं - उदाहरण के लिए, वे कितनी दूर हैं और वे कैसे जुड़े हुए हैं। क्वांटम ज्यामिति समान है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम प्रकृति का वर्णन करती है, जो न केवल कण हैं बल्कि तरंगें भी हैं, और इस प्रकार उनमें तरंग कार्य होते हैं, और ये तरंग कार्य कैसे जुड़ते हैं और आपस में जुड़ते हैं। बॉकरथ बताते हैं, "सुपरकंडक्टिविटी को सक्षम करने के लिए यह योगदान महत्वपूर्ण साबित होता है।" भौतिकी की दुनिया. "तेज़ गति वाले इलेक्ट्रॉनों के बजाय, इलेक्ट्रॉन तरंग कार्यों के समृद्ध कनेक्शन महत्वपूर्ण हैं।"

आज तक के अधिकांश सुपरकंडक्टर्स का वर्णन बीसीएस सिद्धांत (इसके खोजकर्ताओं, बार्डीन, कूपर और श्राइफ़र के नाम पर) द्वारा किया गया है। यह सिद्धांत बताता है कि अधिकांश धात्विक तत्व अपने से नीचे अतिचालक क्यों होते हैं T_c: उनके फर्मिओनिक इलेक्ट्रॉन युग्मित होकर बोसोन बनाते हैं जिन्हें कूपर युग्म कहा जाता है। ये बोसॉन एक चरण-सुसंगत संघनन बनाते हैं जो सामग्री के माध्यम से एक सुपरकरंट के रूप में प्रवाहित हो सकता है जिसमें बिखरने का अनुभव नहीं होता है, और सुपरकंडक्टिविटी इसका परिणाम है।

शॉर्ट इलेक्ट्रिकल पल्स सुपरकंडक्टिविटी को मैजिक-एंगल ग्राफीन में चालू और बंद करते हैं

हालाँकि, जब उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के पीछे के तंत्र की व्याख्या करने की बात आती है, तो सिद्धांत छोटा पड़ जाता है। दरअसल, उच्च तापमान अतिचालकता में अंतर्निहित तंत्र को भौतिकी में मूलभूत अनसुलझी समस्याओं में से एक माना जाता है।

लाउ कहते हैं, "हमारे परिणाम बताते हैं कि बहुत धीमी गति से चलने वाले चार्ज के साथ टीबीएलजी जैसे सुपरकंडक्टर्स के लिए बीसीएस समीकरणों को भी संशोधित करने की आवश्यकता है।" बॉकरथ कहते हैं, "हमारा काम नए सुपरकंडक्टर्स की खोज में नए मार्गदर्शक सिद्धांत भी प्रदान कर सकता है जो ज्ञात तापमान से अधिक तापमान पर काम कर सकते हैं।"

टीम अब सिद्धांतकारों के सहयोग से क्वांटम ज्यामिति की भूमिका को मापने और समझने के लिए टीबीएलजी की जांच जारी रखेगी।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-could-help-make-twisted-bilayer-graphene-a-superconductor/