सर्पिल फ़ोनन एक अर्ध-चुंबकीय पदार्थ को चुंबक में बदल देते हैं - भौतिकी विश्व

सर्पिल फ़ोनन एक अर्ध-चुंबकीय पदार्थ को चुंबक में बदल देते हैं - भौतिकी विश्व

टाइम स्टैम्प: 15 जनवरी, 2024 सुबह 4:00 बजे

गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत टेराहर्ट्ज़ प्रकाश स्पंदनों से उत्साहित चिरल फोनन की कलाकार की छाप
स्पिन प्रभाव: गोलाकार ध्रुवीकृत टेराहर्ट्ज़ प्रकाश दालों से उत्तेजित चिरल फोनन सेरियम फ्लोराइड में अल्ट्राफास्ट चुंबकत्व उत्पन्न करते हैं। फ्लोरीन आयन (लाल, फूशिया) को गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत टेराहर्ट्ज़ प्रकाश दालों (पीला सर्पिल) द्वारा गति में सेट किया जाता है, जहां लाल आयनों को चिरल फोनन मोड में सबसे बड़ी गति के साथ दर्शाता है। सेरियम आयन को चैती में दर्शाया गया है। कम्पास सुई घूर्णन परमाणुओं द्वारा प्रेरित चुंबकत्व का प्रतिनिधित्व करती है। (सौजन्य: मारियो नॉर्टन और जियामिंग लुओ/राइस यूनिवर्सिटी)

जब किसी पदार्थ की परमाणु जाली कंपन करती है, तो यह क्वासिपार्टिकल्स उत्पन्न करती है जिन्हें फोनन या परिमाणित ध्वनि तरंगें कहा जाता है। कुछ सामग्रियों में, कॉर्कस्क्रू पैटर्न में जाली को कंपन करने से ये फोनन चिरल हो जाएंगे, जिसका अर्थ है कि वे उस कंपन की "हैंडनेस" लेते हैं जो उन्हें उत्पन्न करता है। अब, अमेरिका में राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने पाया है कि इन चिरल फ़ोनों का एक और प्रभाव होता है: वे सामग्री को चुंबकीय बना सकते हैं। इस खोज का उपयोग उन गुणों को प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है जो प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाली सामग्रियों में खोजना मुश्किल है।

ऐसी ही एक कठिन-से-खोज संपत्ति इलेक्ट्रॉनों के समय-उलट समरूपता के उल्लंघन से संबंधित है। संक्षेप में, समय-उलट समरूपता का तात्पर्य है कि इलेक्ट्रॉनों को एक समान व्यवहार करना चाहिए चाहे वे किसी सामग्री में आगे या पीछे की ओर बढ़ रहे हों। इस समरूपता का उल्लंघन करने का सबसे आम तरीका सामग्री को चुंबकीय क्षेत्र में रखना है, लेकिन कुछ संभावित अनुप्रयोगों के लिए, यह व्यावहारिक नहीं है।

पहले, सोच यह थी कि इलेक्ट्रॉनों की समय-उलट समरूपता को प्रभावित करने के लिए परमाणु अपने क्रिस्टल जाली में बहुत कम और बहुत धीमी गति से चलते हैं। हालाँकि, नए कार्य में, एक राइस टीम का नेतृत्व किया गया हन्यू झू पाया गया कि जब परमाणु जाली में अपनी औसत स्थिति के चारों ओर लगभग 10 ट्रिलियन क्रांतियों प्रति सेकंड की दर से घूमते हैं, तो परिणामी सर्पिल-आकार के कंपन - चिरल फोनन - इलेक्ट्रॉनों की समय-उलट समरूपता को तोड़ देते हैं और उन्हें पसंदीदा समय दिशा देते हैं।

टीम के सदस्य बताते हैं, "प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में एक चुंबकीय स्पिन होता है जो सामग्री में एम्बेडेड एक छोटी कंपास सुई की तरह काम करता है, जो स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करता है।" बोरिस याकूबसन. “चिरैलिटी - जिसे हैंडनेस भी कहा जाता है क्योंकि जिस तरह से बाएँ और दाएँ हाथ एक-दूसरे को बिना सुपरइम्पोज़ेबल के प्रतिबिम्बित करते हैं - उसे इलेक्ट्रॉनों के स्पिन की ऊर्जा को प्रभावित नहीं करना चाहिए। लेकिन इस उदाहरण में, परमाणु जाली का चिरल आंदोलन सामग्री के अंदर स्पिन को ध्रुवीकृत करता है जैसे कि एक बड़ा चुंबकीय क्षेत्र लागू किया गया हो।

झू कहते हैं, इस प्रभावी चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण लगभग 1 टेस्ला है, जो इसे सबसे मजबूत स्थायी चुंबकों द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र के बराबर बनाता है।

परमाणुओं की जाली की गति को चलाना

शोधकर्ताओं ने सर्पिल पैटर्न में परमाणुओं की जाली की गति को चलाने के लिए एक घूमने वाले विद्युत क्षेत्र का उपयोग किया। उन्होंने सेरियम फ्लोराइड नामक एक सामग्री में ऐसा किया, एक दुर्लभ पृथ्वी ट्राइहैलाइड जो प्राकृतिक रूप से अनुचुंबकीय है, जिसका अर्थ है कि इसके इलेक्ट्रॉनों के स्पिन सामान्य रूप से यादृच्छिक रूप से उन्मुख होते हैं। फिर उन्होंने जांच के रूप में एक छोटी प्रकाश पल्स का उपयोग करके सामग्री में इलेक्ट्रॉनिक स्पिन की निगरानी की, विद्युत क्षेत्र को लागू करने के बाद अलग-अलग समय की देरी के साथ नमूने पर प्रकाश डाला। जांच प्रकाश का ध्रुवीकरण स्पिन दिशा के अनुसार बदलता है।

झू बताते हैं, "हमने पाया कि जब विद्युत क्षेत्र ख़त्म हो गया, तो परमाणु घूमते रहे और इलेक्ट्रॉनिक स्पिन परमाणुओं की घूर्णन दिशा के साथ संरेखित होने के लिए फ़्लिप करता रहा।" "इलेक्ट्रॉनों की फ़्लिपिंग दर का उपयोग करके, हम समय के फलन के रूप में उनके द्वारा अनुभव किए जाने वाले प्रभावी चुंबकीय क्षेत्र की गणना कर सकते हैं।"

झू बताते हैं कि गणना किया गया क्षेत्र टीम के संचालित परमाणु गति और स्पिन-फोनन युग्मन के मॉडल से अपेक्षित है। भौतिकी की दुनिया. यह युग्मन हार्ड डिस्क पर डेटा लिखने जैसे अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है।

झू कहते हैं, स्पिन-फ़ोनन युग्मन पर नई रोशनी डालने के साथ-साथ, जो अभी भी दुर्लभ पृथ्वी हैलाइडों में पूरी तरह से समझा नहीं गया है, निष्कर्ष वैज्ञानिकों को ऐसी सामग्री विकसित करने में सक्षम बना सकते हैं जिन्हें प्रकाश या क्वांटम उतार-चढ़ाव जैसे अन्य बाहरी क्षेत्रों द्वारा इंजीनियर किया जा सकता है। "मैं यूसी बर्कले में अपने पोस्ट-डॉक्टर के बाद से इस संभावना के बारे में सोच रहा हूं, जब हमने द्वि-आयामी सामग्रियों में परमाणुओं के घूर्णन को सत्यापित करने के लिए पहला समय-समाधान प्रयोग किया था," वह बताते हैं। "इस तरह के घूर्णी चिरल फोनन मोड की भविष्यवाणी कुछ साल पहले की गई थी और तब से मैं सोचता रहा: क्या चिरल गति का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है?"

अभी के लिए, झू इस बात पर जोर देते हैं कि काम का मुख्य अनुप्रयोग मौलिक अनुसंधान में निहित है। हालाँकि, वह कहते हैं कि "लंबे समय में, सैद्धांतिक अध्ययनों की मदद से, हम टाइम-रिवर्सल को तोड़ने वाले गुणों को बढ़ाने के लिए परमाणु रोटेशन का उपयोग 'ट्यूनिंग नॉब' के रूप में करने में सक्षम हो सकते हैं और शायद ही कभी प्राकृतिक सामग्रियों में पाए जाते हैं, जैसे कि टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिविटी" .

चावल शोधकर्ता, जो अपने वर्तमान कार्य का विवरण देते हैं विज्ञान, अब अन्य सामग्रियों का पता लगाने और चुंबकत्व से परे गुणों की तलाश के लिए अपनी पद्धति को लागू करने की उम्मीद करते हैं।

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