एक नई सफलता से वैज्ञानिकों को क्वांटम क्षेत्र के कुछ रहस्यों को सुलझाने में मदद मिल सकती है।
पहली बार, भौतिक विज्ञानी उस ज्यामितीय ‘आकार’ को मापने में सक्षम हुए हैं जो एक अकेला इलेक्ट्रॉन किसी ठोस से गुजरते समय अपनाता है। यह एक उपलब्धि है जो यह अध्ययन करने का एक नया तरीका खोलेगी कि क्रिस्टलीय ठोस क्वांटम स्तर पर कैसे व्यवहार करते हैं।
मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के भौतिक विज्ञानी रिकार्डो कॉमिन कहते हैं, “हमने अनिवार्य रूप से कुछ पूरी तरह से नई जानकारी प्राप्त करने के लिए एक खाका विकसित किया है जिसे पहले प्राप्त नहीं किया जा सका था।”
शोध का नेतृत्व भौतिक विज्ञानी मिंगु कांग – पूर्व में एमआईटी के और अब कॉर्नेल विश्वविद्यालय में – और सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी के सुनजी किम ने किया था।
भौतिक ब्रह्मांड के भीतर, पदार्थ उन तरीकों से व्यवहार करता है जो शास्त्रीय भौतिकी द्वारा अच्छी तरह वर्णित हैं।
हालाँकि, कणों की परस्पर क्रिया और माप के तरीकों के अधिक बुनियादी स्तर पर, चीजें थोड़ी अजीब हो सकती हैं। बेहतरीन पैमानों पर, परिशुद्धता को क्वांटम यांत्रिकी के रूप में ज्ञात संभावना की तरंगों द्वारा दर्शाए गए अधिक अस्पष्ट विवरण का मार्ग प्रशस्त करना चाहिए।
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हम इलेक्ट्रॉन जैसी वस्तुओं को कण कहते हैं, और इससे यह आभास होता है कि वे छोटी-छोटी छोटी गेंदों की तरह हैं। उनके आकार को देखते हुए, इलेक्ट्रॉनों के गुणों और व्यवहारों को उनकी तरंग जैसी क्वांटम प्रकृति द्वारा कहीं अधिक सटीक रूप से वर्णित किया गया है।
इलेक्ट्रॉनों के तरंग पहलू का वर्णन करने के लिए, भौतिक विज्ञानी तरंग कार्यों का उपयोग करते हैं: गणितीय मॉडल जो तरंग के गुणों को विशिष्ट विशेषताओं के साथ एक विशिष्ट स्थान पर कण को खोजने की विकसित संभावनाओं के रूप में वर्णित करते हैं।
इनमें से कुछ विशेषताओं को हम एक प्रकार की ज्यामिति के रूप में सोच सकते हैं, जो अक्सर एक वक्र या गोले के विपरीत नहीं होती है जो अनंत दिशाओं में घूमती है। क्वांटम ज्यामिति के अन्य रूप, जैसे परमाणुओं की जाली में इलेक्ट्रॉन, क्लेन बोतल या मोबियस पट्टी जितने जटिल हैं।
गन्दा के कुछ पहलुओं का निर्धारण किसी ठोस में एक इलेक्ट्रॉन की क्वांटम ज्यामिति में पहले भौतिकविदों के गुणों के आधार पर बहुत सारे अनुमान शामिल होते हैं कर सकना उपाय।
इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम ज्यामिति को मापने के लिए, कांग, जी और उनके सहयोगियों ने क्वांटम ज्यामितीय टेंसर या क्यूजीटी के रूप में ज्ञात संपत्ति की माप की मांग की। यह एक भौतिक मात्रा है जो क्वांटम स्थिति की संपूर्ण ज्यामितीय जानकारी को एनकोड करती है, ठीक उसी तरह जैसे एक दो-आयामी होलोग्राम त्रि-आयामी अंतरिक्ष के बारे में जानकारी को एनकोड करता है।
जिस तकनीक का उन्होंने उपयोग किया, उसे कोण-संकल्पित फोटोउत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को हटाने और ध्रुवीकरण, स्पिन और कोण जैसे उनके गुणों को मापने के लिए फोटोन को किसी सामग्री पर दागा जाता है।
इसे कोबाल्ट-टिन मिश्र धातु के एकल क्रिस्टल पर निर्देशित किया गया था, एक सामग्री जिसे कागोम धातु के रूप में जाना जाता है – एक क्वांटम सामग्री जिसके गुणों की टीम ने पहले उसी तकनीक का उपयोग करके जांच की थी।
परिणामों ने शोधकर्ताओं को ठोस में क्यूजीटी का पहला माप प्रदान किया, और इससे वे धातु में इलेक्ट्रॉनों की बाकी क्वांटम ज्यामिति का अनुमान लगाने में सक्षम हुए।
टीम ने इसकी तुलना उसी सामग्री के लिए सैद्धांतिक रूप से व्युत्पन्न क्वांटम ज्यामिति से की, जिससे उन्हें सीधे मापने की तुलना में ज्यामिति का अनुमान लगाने की उपयोगिता निर्धारित करने की अनुमति मिली।
और, वे कहते हैं, उनकी तकनीक इस अध्ययन के लिए उपयोग की जाने वाली कोबाल्ट-टिन मिश्र धातु ही नहीं, बल्कि सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू होगी। यह एक ऐसा परिणाम है जिसके कुछ दिलचस्प निहितार्थ होंगे। उदाहरण के लिए, क्वांटम ज्यामिति का उपयोग उन सामग्रियों में अतिचालकता की खोज के लिए किया जा सकता है जहां यह आमतौर पर नहीं पाई जाती है।
“क्वांटम यांत्रिकी की ज्यामितीय व्याख्या संघनित-पदार्थ भौतिकी में हाल की कई प्रगतियों को रेखांकित करती है,” एक गुमनाम विशेषज्ञ ने बताया प्रकृति भौतिकी.
“इन लेखकों ने प्रयोगात्मक रूप से क्वांटम ज्यामितीय टेंसर तक पहुंचने के लिए एक पद्धति का बीड़ा उठाया है, जो मूल रूप से क्वांटम राज्यों के ज्यामितीय गुणों की विशेषता है। विकसित पद्धति सीधी है, विभिन्न ठोस-अवस्था सामग्रियों पर लागू होती है, और इसमें प्रयोगात्मक गतिविधि को बढ़ावा देने की काफी संभावनाएं हैं। नवीन क्वांटम घटना की ज्यामितीय समझ।”
टीम का शोध प्रकाशित किया गया है प्रकृति भौतिकी.
