अल्ट्राकोल्ड चार-परमाणु अणु विद्युत द्विध्रुवीय क्षणों से बंधे होते हैं - भौतिकी विश्व

अल्ट्राकोल्ड चार-परमाणु अणु विद्युत द्विध्रुवीय क्षणों से बंधे होते हैं - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 14 फरवरी, 2024 अपराह्न 2:23 बजे

टेट्राटॉमिक अल्ट्राकोल्ड अणु
अल्ट्राकोल्ड इंटरैक्शन: दो डायटोमिक अणुओं की कलात्मक छाप एक अंतर-आणविक क्षमता में बैठती है, यहां लौह पाउडर द्वारा दर्शाया गया है जो क्षेत्र रेखाओं को दर्शाता है जिसके माध्यम से दो अणु बंधे हैं। (सौजन्य: क्रिस्टोफ़ होहमैन/एमसीक्यूएसटी)

कमजोर रूप से बंधे हुए टेट्राटोमिक अणु जो पिछले चार-परमाणु अणुओं की तुलना में 3000 गुना अधिक ठंडे हैं, एक नव विकसित "इलेक्ट्रोएसोसिएशन" तकनीक का उपयोग करके बनाए गए हैं। यह कार्य, जो 2003 के प्रस्ताव पर आधारित है, अल्ट्राकोल्ड तापमान पर भी बड़े अणुओं को इकट्ठा करना, सुपरफ्लुइडिटी और सुपरकंडक्टिविटी में अध्ययन खोलना और यहां तक ​​​​कि क्वांटम कंप्यूटिंग में अनुप्रयोग ढूंढना संभव बना सकता है।

2003 में, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जॉन बोहन बोल्डर, कोलोराडो में JILA के प्रसिद्ध प्रयोगवादी के नेतृत्व वाली एक टीम का हिस्सा थे दबोरा जिन, जिनकी 2015 में मृत्यु हो गई। वे अल्ट्राकोल्ड फर्मिओनिक गैसों पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभावों का अध्ययन कर रहे थे। शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि जब परमाणुओं ने तथाकथित फ़ेशबैक प्रतिध्वनि में क्षेत्र के मूल्य को ट्यून किया, तो उन्होंने कमजोर रूप से बंधे डायटोमिक अणुओं का निर्माण किया, जिस पर बाध्यकारी ऊर्जा अणुओं के बराबर थी। इस प्रक्रिया को बाद में मैग्नेटोएसोसिएशन के रूप में जाना जाने लगा।

फिर, 2008 में, जिन और उनके कोलोराडो विश्वविद्यालय के सहयोगी के नेतृत्व में एक टीम का गठन किया गया जून ये उत्तेजित रमन एडियाबेटिक मार्ग (एसटीआईआरएपी) नामक तीन-स्तरीय लेजर शीतलन तकनीक का उपयोग करके इन नाजुक डिमर्स को ग्राउंड-स्टेट अणुओं में परिवर्तित किया गया। क्वांटम रसायन विज्ञान के अध्ययन जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्राकोल्ड डिमर बनाने के लिए बाद में दो तकनीकों का उपयोग अनगिनत अन्य समूहों द्वारा किया गया है।

हालाँकि, मैग्नेटोएसोसिएशन केवल चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षणों वाले कणों पर काम करता है - जिसका अर्थ है कि उनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होने चाहिए। जिन का समूह पोटेशियम परमाणुओं के साथ काम कर रहा था, जो चुंबकीय हैं। एक बार जब वे जुड़कर डायटोमिक पोटेशियम अणु बनाते हैं, तो वे चुंबकीय क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया नहीं करते हैं।

इलेक्ट्रोएसोसिएशन क्यों नहीं?

उसी वर्ष, बोहन और सहकर्मी अलेक्सांद्र अवदीनकोव एक सैद्धांतिक पेपर प्रकाशित किया गया है जिसमें सुझाव दिया गया है कि गैर-चुंबकीय अणुओं को युग्मित करने के लिए प्रेरित करना संभव हो सकता है यदि उनके पास विद्युत द्विध्रुव क्षण हो: "मैग्नेटोएसोसिएशन कुछ ऐसा था जो अस्तित्व में था, इसलिए हमने सोचा, ठीक है, इलेक्ट्रोएसोसिएशन क्यों नहीं?" बोहन कहते हैं, "हमने इसके बारे में इससे अधिक कुछ नहीं सोचा।"

हालाँकि, 2023 में, बोहन के मूल प्रस्ताव के एक संशोधित संस्करण का उपयोग करते हुए, शिन-यू लुओ जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स के निदेशक और उनके सहयोगियों ने दृढ़ता से बंधे, अल्ट्राकोल्ड सोडियम पोटेशियम अणुओं (मैग्नेटोएसोसिएशन और एसटीआईआरएपी द्वारा निर्मित) को एक दोलनशील बाहरी माइक्रोवेव क्षेत्र में रखा। विशिष्ट क्षेत्र मूल्यों पर, उन्हें अणुओं के जोड़े के बीच पहले देखी गई किसी भी चीज़ के विपरीत एक गुंजयमान अवस्था का स्पेक्ट्रोस्कोपिक साक्ष्य मिला। इस अवस्था में दो अणु समानांतर में नृत्य करते थे क्योंकि उनके स्वयं के विद्युत द्विध्रुवीय क्षणों ने लागू क्षमता को संशोधित किया था। परिणामी अंतःक्रिया कम दूरी पर प्रतिकूल लेकिन लंबी दूरी पर आकर्षक थी, जिसके परिणामस्वरूप एक बंधी हुई अवस्था बनी जो व्यक्तिगत अणुओं के व्यास से लगभग 1000 गुना बड़ी थी। हालाँकि, उस समय, शोधकर्ताओं के पास केवल इस बात के सबूत थे कि राज्य अस्तित्व में था - इसमें कणों को रखने का कोई नियंत्रित साधन नहीं था।

गोलाकार ध्रुवीकृत माइक्रोवेव

नए काम में, चीन में वुहान विश्वविद्यालय के मैक्स प्लैंक शोधकर्ताओं और सहकर्मियों ने पाया कि, क्षेत्र की अण्डाकारता बढ़ाने से पहले 100 nK के आसपास के तापमान पर सोडियम पोटेशियम अणुओं पर एक गोलाकार ध्रुवीकृत माइक्रोवेव क्षेत्र को लागू करके, वे उनमें से कुछ को प्रेरित कर सकते हैं टेट्रामर्स बनाएं। टीम टेट्रामर्स को अलग करने में भी कामयाब रही और जारी किए गए डिमर्स के आकार को देखकर, टेट्रामर वेवफंक्शन की छवि बनाई। वे इसका वर्णन करते हैं प्रकृति.

लुओ कहते हैं, "बाध्यकारी ऊर्जा रेडियो-फ़्रीक्वेंसी स्केल है," यह सामान्य रासायनिक बंधन ऊर्जा की तुलना में कमजोर परिमाण के 10 ऑर्डर से अधिक है।

शोधकर्ताओं को अब दृढ़ता से बंधे टेट्रामर्स बनाने के लिए STIRAP का उपयोग करने की उम्मीद है। लुओ कहते हैं, यह कोई आसान काम नहीं होगा, क्योंकि इसके लिए एक उपयुक्त मध्यवर्ती ऊर्जा स्तर की आवश्यकता होती है, और टेट्रामर्स में डिमर्स की तुलना में कई अधिक ऊर्जा स्तर होते हैं। लुओ कहते हैं, "यहां तक ​​कि मेरे लिए भी यह एक खुला प्रश्न है कि क्या हम ऊर्जा के स्तर के जंगल में एक उपयुक्त स्थिति पा सकते हैं।" हालाँकि, यदि वे ऐसा कर सकते हैं, तो यह बड़े अणुओं के निर्माण की तकनीक को दोहराने की आकर्षक संभावना रखता है।

शोधकर्ता अपने अणुओं को बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) में और ठंडा करने पर भी विचार कर रहे हैं। फिर वे बीईसी राज्य और सुपरकंडक्टिविटी के बार्डीन-कूपर-श्रीफ़र (बीसीएस) राज्य के बीच क्रॉसओवर का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन जाएंगे। उच्च तापमान अतिचालकता को समझने के लिए यह क्रॉसओवर महत्वपूर्ण है। ऐसा उपकरण भौतिकविदों को केवल माइक्रोवेव क्षेत्र को ट्यून करके फर्मियोनिक डिमर्स और बोसोनिक टेट्रामर्स के बीच कंडेनसेट के घटकों को ट्यून करने की अनुमति देगा। इससे उन्हें बीईसी को एक पतित फर्मी गैस में बदलने की अनुमति मिलेगी जो कूपर जोड़े का समर्थन करती है।

भविष्य में, सिस्टम क्वांटम कंप्यूटिंग में भी उपयोगी हो सकता है क्योंकि सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से पता चलता है कि इसे टोपोलॉजिकल रूप से संरक्षित मेजराना शून्य मोड का समर्थन करना चाहिए जिसका उपयोग शोर-प्रतिरोधी क्वैबिट बनाने के लिए किया जा सकता है।

बोहन लुओ और सहकर्मियों के काम को शानदार बताते हुए कहते हैं, "न केवल यह अच्छी तरह से किया गया है, बल्कि यह कुछ ऐसा है जिसकी बहुत से लोग लंबे समय से उम्मीद कर रहे थे।" समूह के 2023 पेपर को पढ़ने के बाद, उन्होंने एक सैद्धांतिक रूपरेखा विकसित करने के लिए दो सहयोगियों के साथ सहयोग किया, जिसका वर्णन इसमें किया गया है फिजिकल रिव्यू लेटर्स जुलाई 2023 में, समूह के परिणामों के आधार पर इलेक्ट्रोएसोसिएशन प्राप्त करने और फ़ील्ड को बदलने के लिए आदर्श दर दिखाने के लिए। “जब हम ऐसा कर रहे थे, उन्होंने पहले ही प्रयोग कर लिया था,” वह कहते हैं; "जाहिर तौर पर उन्होंने इसे अपने दम पर ठीक से समझ लिया।"

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