एक नए अध्ययन में क्वांटम सिम्युलेटर का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने यह खुलासा किया है कि चुंबकीय व्यवस्था उन परिस्थितियों में भी बनी रहती है जिन्हें पहले अव्यवस्थित माना जाता था। यह खोज परम शून्य के करीब तापमान पर की गई और इसके परिणाम क्वांटम पदार्थों के व्यवहार पर एक नई रोशनी डालते हैं, विशेष रूप से जब वे अतिचालक अवस्था (superconducting state) की ओर बढ़ते हैं।

यह खोज “स्यूडोगैप” नामक एक रहस्यमय चरण पर केंद्रित है, जो क्यूप्रेट्स जैसे पदार्थों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना में पाया जाता है। कई पदार्थ एक सामान्य धात्विक चरण से सीधे अतिचालकता में प्रवेश करने के बजाय, इस मध्यवर्ती अवस्था से गुजरते हैं। इस चरण में, इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार असामान्य होता है और इसके नियमों को समझने से ऊर्जा संचरण और क्वांटम प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में नई प्रगति हो सकती है।

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ क्वांटम ऑप्टिक्स के प्रयोगकर्ताओं और न्यूयॉर्क में फ्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट के सिद्धांतकारों के नेतृत्व में एक टीम ने इस अध्ययन को अंजाम दिया। उन्होंने एक मॉडल प्रणाली बनाने के लिए अल्ट्राकोल्ड लिथियम परमाणुओं का उपयोग किया। एक सटीक रूप से ट्यून किए गए ऑप्टिकल लैटिस के अंदर फर्मी-हबर्ड मॉडल का अनुकरण करके, उन्होंने यह देखा कि डोपिंग और तापमान के जवाब में स्पिन और चार्ज सहसंबंध कैसे व्यवहार करते हैं।

एक सार्वभौमिक चुंबकीय पैटर्न का खुलासा

शोधकर्ताओं ने क्वांटम गैस माइक्रोस्कोप से 35,000 से अधिक स्नैपशॉट एकत्र किए, जिनमें से प्रत्येक विभिन्न परिस्थितियों में परमाणु स्थितियों और स्पिन ओरिएंटेशन का विस्तृत दृश्य प्रस्तुत करता था। प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज (PNAS) में प्रकाशित रिपोर्ट के अनुसार, उन्होंने पाया कि जब एक विशिष्ट तापमान पैमाने पर चुंबकीय सहसंबंधों को मापा गया, तो वे एक “एकल सार्वभौमिक पैटर्न” का पालन करते थे।

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के भौतिक विज्ञानी और प्रमुख लेखक थॉमस चालोपिन ने कहा कि यह पैमाना स्यूडोगैप तापमान के बराबर है, जो वह बिंदु है जहां स्यूडोगैप उभरता है। उनकी टीम के काम से पता चलता है कि चुंबकीय संरचना डोपिंग से समाप्त नहीं होती है, जैसा कि पहले माना जाता था, बल्कि सतह के नीचे एक अधिक जटिल रूप में पुनर्गठित हो जाती है। यह पैटर्न डोपिंग के विभिन्न स्तरों पर बना रहा और इसकी पुष्टि विभिन्न सिमुलेशन मॉडलों ने भी की।

मैग्नेटिक पोलरॉन का प्रभाव

इस अध्ययन का एक और बड़ा परिणाम विस्तारित मैग्नेटिक पोलरॉन का पता लगाना था। ये एकल डोपेंट के कारण चुंबकीय पृष्ठभूमि में उत्पन्न होने वाली गड़बड़ियां हैं। हालांकि इनके बारे में सैद्धांतिक अनुमान थे, लेकिन इनकी सीमा और आकार को इतनी सटीकता से देखना एक नई उपलब्धि है।

कम डोपिंग और कम तापमान पर, यह पाया गया कि एक एकल डोपेंट 50 से अधिक लैटिस साइटों पर चुंबकीय व्यवस्था को प्रभावित कर सकता है। इसका मतलब है कि कम मात्रा में डोपिंग का भी व्यापक प्रभाव होता है। टीम ने देखा कि ये पोलरॉन स्यूडोगैप संक्रमण तापमान के पास आकार में बढ़ते हैं और फिर तापमान बढ़ने पर सिकुड़ जाते हैं। इस व्यवहार को मापने के लिए “पोलरॉन स्ट्रेंथ” नामक एक नया मीट्रिक भी पेश किया गया।

उच्च-क्रम सहसंबंधों से मिली नई जानकारी

टीम ने पांचवें क्रम तक कनेक्टेड स्पिन सहसंबंधों को मापा, जिससे पता चला कि स्यूडोगैप चरण में केवल इलेक्ट्रॉन जोड़े ही नहीं, बल्कि बड़ी बहु-कण संरचनाएं भी हावी हैं। ये जटिल क्वांटम सहसंबंध सामान्य मॉडलों की समझ से परे हैं।

पांचवें क्रम के स्पिन-चार्ज मापों से पता चला कि लगभग 15% डोपिंग पर उच्च-क्रम के सहसंबंध महत्वपूर्ण हो गए। PNAS के अनुसार, शोध के परिणाम बताते हैं कि डोपेंट के आसपास ये स्ट्रिंग-जैसे सहसंबंध लगभग 20% डोपिंग तक बने रहते हैं। उच्च क्रम पर गैर-शून्य कनेक्टेड सहसंबंधों की उपस्थिति दृढ़ता से सहसंबद्ध क्वांटम अवस्थाओं का एक दुर्लभ और मजबूत संकेतक है।

इस शोध से यह निष्कर्ष निकलता है कि स्यूडोगैप चरण केवल अतिचालकता का अग्रदूत नहीं है, बल्कि एक समृद्ध व्यवस्था है जहां नए प्रकार की क्वांटम व्यवस्थाएं उभरती हैं, जिन्हें केवल बहुत गहराई से देखने पर ही समझा जा सकता है।

FAQs

यह शोध किस बारे में है?

यह शोध क्वांटम सिम्युलेटर का उपयोग करके यह पता लगाने के बारे में है कि क्वांटम पदार्थों के स्यूडोगैप चरण में चुंबकीय व्यवस्था बनी रहती है, जिसे पहले अव्यवस्थित माना जाता था।

स्यूडोगैप क्या है?

स्यूडोगैप कुछ पदार्थों में अतिचालक बनने से पहले एक मध्यवर्ती और रहस्यमय इलेक्ट्रॉनिक चरण है, जहां इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार असामान्य होता है।

शोधकर्ताओं ने किस तकनीक का उपयोग किया?

शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम सिम्युलेटर का उपयोग किया, जिसमें परम शून्य के करीब ठंडे किए गए अल्ट्राकोल्ड लिथियम परमाणुओं के माध्यम से एक क्वांटम प्रणाली का अनुकरण किया गया।

इस खोज का क्या महत्व है?

यह खोज अतिचालकता की ओर बढ़ते हुए क्वांटम पदार्थों के व्यवहार को समझने में मदद करती है, जिसका ऊर्जा संचरण और क्वांटम प्रौद्योगिकी के विकास पर प्रभाव पड़ सकता है।

यह शोध कहाँ प्रकाशित हुआ था?

यह शोध प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज (PNAS) नामक वैज्ञानिक पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।

यह जानकारी केवल सामान्य जन-जागरूकता के उद्देश्य से प्रकाशित की गई है।