एक अंतरराष्ट्रीय शोध दल- जिसमें शामिल है हेल्महोल्त्ज़-ज़ेंट्रम ड्रेसडेन-रोसडॉर्फ (HZDR)- ने एक क्वांटम अवस्था की खोज की है जिसका वर्णन इस प्रकार किया जा सकता है। वैज्ञानिक एक विशेष सामग्री को लगभग शून्य तापमान तक ठंडा करने में कामयाब रहे। उन्होंने पाया कि परमाणुओं का एक केंद्रीय गुण - उनका संरेखण - हमेशा की तरह "जम" नहीं गया, बल्कि "तरल" अवस्था में रहा।
अंदर क्वांटम सामग्री, इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के साथ और क्रिस्टल जाली के परमाणुओं दोनों के साथ असामान्य तीव्रता के साथ बातचीत करते हैं। यह घनिष्ठ संबंध शक्तिशाली क्वांटम प्रभाव उत्पन्न करता है जो सूक्ष्म और स्थूल स्तरों पर प्रभाव डालता है। ये घटनाएँ क्वांटम सामग्री को असाधारण गुण प्रदान करती हैं। उदाहरण के लिए, कम तापमान पर, वे बिना किसी हानि के बिजली ले जा सकते हैं। अक्सर, तापमान, दबाव या विद्युत वोल्टेज में थोड़ी भिन्नता भी किसी सामग्री के व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से बदलने के लिए पर्याप्त होती है।
एचजेडडीआर में ड्रेसडेन हाई फील्ड मैग्नेटिक लेबोरेटरी (एचएलडी) के प्रो. जोचेन वोसनित्ज़ा ने कहा, “सिद्धांत रूप में, चुम्बकों को क्वांटम सामग्री के रूप में भी माना जा सकता है; आख़िरकार, चुंबकत्व सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक स्पिन पर आधारित है। कुछ मायनों में, ये स्पिन तरल की तरह व्यवहार कर सकते हैं।
"जैसे-जैसे तापमान गिरता है, ये अव्यवस्थित चक्कर जम सकते हैं, जैसे पानी जम कर बर्फ बन जाता है।"
“उदाहरण के लिए, कुछ प्रकार के मैग्नेट, तथाकथित लौहचुम्बक, अपने "ठंड" या अधिक सटीक रूप से, क्रम बिंदु से ऊपर गैर-चुंबकीय होते हैं। जब वे इससे नीचे गिरेंगे तभी वे स्थायी चुंबक बन सकेंगे।”
इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने एक क्वांटम अवस्था की खोज करने की कोशिश की जिसमें स्पिन से जुड़े परमाणु संरेखण का क्रम नहीं होता, यहां तक कि अल्ट्राकोल्ड तापमान पर भी - एक तरल के समान जो अत्यधिक ठंड में भी जम नहीं पाएगा।
इस स्थिति तक पहुंचने के लिए, अनुसंधान दल ने एक अद्वितीय पदार्थ, प्रसेओडायमियम, ज़िरकोनियम और ऑक्सीजन का मिश्रण नियोजित किया। उनका मानना था कि इस सामग्री में क्रिस्टल जाली की विशेषताएं इलेक्ट्रॉन को परमाणुओं के चारों ओर उनकी कक्षाओं के साथ विशिष्ट रूप से बातचीत करने की अनुमति देंगी।
टोक्यो विश्वविद्यालय के प्रोफेसर सटोरू नकात्सुजी ने कहा, “हालाँकि, शर्त यह थी कि क्रिस्टल अत्यधिक शुद्धता और गुणवत्ता वाले हों। इसमें कई प्रयास हुए, लेकिन अंततः, टीम अपने प्रयोग के लिए पर्याप्त शुद्ध क्रिस्टल का उत्पादन करने में सक्षम रही: एक क्रायोस्टेट में, एक प्रकार का सुपर थर्मस फ्लास्क, विशेषज्ञों ने धीरे-धीरे अपने नमूने को 20 मिलीकेल्विन तक ठंडा किया - एक डिग्री का केवल एक-पचासवां हिस्सा पूर्ण शून्य से ऊपर. यह देखने के लिए कि नमूने ने इस शीतलन प्रक्रिया पर और अंदर कैसी प्रतिक्रिया दी चुंबकीय क्षेत्र, उन्होंने मापा कि इसकी लंबाई में कितना बदलाव आया। एक अन्य प्रयोग में, समूह ने रिकॉर्ड किया कि क्रिस्टल सीधे इसके माध्यम से भेजी जाने वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों पर कैसे प्रतिक्रिया करता है।
अल्ट्रासाउंड जांच में एचएलडी के विशेषज्ञ डॉ. सर्गेई ज़ेर्लिट्सिन बताते हैं, “अगर स्पिन का आदेश दिया गया था, तो इससे क्रिस्टल के व्यवहार में अचानक बदलाव आना चाहिए था, जैसे कि लंबाई में अचानक बदलाव। फिर भी, जैसा कि हमने देखा, कुछ नहीं हुआ! लंबाई या उसकी प्रतिक्रिया में कोई अचानक परिवर्तन नहीं हुआ अल्ट्रासाउंड तरंगें".
“स्पिन और ऑर्बिटल्स की स्पष्ट परस्पर क्रिया ने क्रम को रोक दिया था, यही कारण है कि परमाणु अपनी तरल क्वांटम अवस्था में बने रहे - पहली बार ऐसी क्वांटम अवस्था देखी गई थी। चुंबकीय क्षेत्र में आगे की जांच ने इस धारणा की पुष्टि की।
जोचेन वोस्नित्ज़ा अनुमान लगाया, “इस बुनियादी शोध परिणाम के एक दिन व्यावहारिक निहितार्थ भी हो सकते हैं: किसी बिंदु पर, हम अतिसंवेदनशील क्वांटम सेंसर विकसित करने के लिए नई क्वांटम स्थिति का उपयोग करने में सक्षम हो सकते हैं। हालाँकि, ऐसा करने के लिए, हमें अभी भी यह पता लगाना होगा कि इस अवस्था में व्यवस्थित रूप से उत्तेजना कैसे उत्पन्न की जाए। क्वांटम सेंसिंग को भविष्य की एक आशाजनक तकनीक माना जाता है। क्योंकि उनकी क्वांटम प्रकृति उन्हें बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति बेहद संवेदनशील बनाती है, क्वांटम सेंसर पारंपरिक सेंसर की तुलना में कहीं अधिक सटीकता के साथ चुंबकीय क्षेत्र या तापमान को पंजीकृत कर सकते हैं।
जर्नल संदर्भ:
- टैंग, एन., ग्रिट्सेंको, वाई., किमुरा, के. एट अल। पायरोक्लोर जाली पर स्पिन-कक्षीय तरल अवस्था और तरल-गैस मेटामैग्नेटिक संक्रमण। नेट. फ़िएस। (2022)। डीओआई: 10.1038/s41567-022-01816-4
