सेमीकंडक्टर जाली इलेक्ट्रॉनों और चुंबकीय क्षणों से शादी करती है

मार्च 22, 2023 (नानावरक न्यूज़) मोनोलेयर सेमीकंडक्टर्स की एक जोड़ी को स्टैक करके बनाया गया एक मॉडल सिस्टम भौतिकविदों को भारी फ़र्मियन से लेकर विदेशी क्वांटम चरण संक्रमण तक, जटिल क्वांटम व्यवहार का अध्ययन करने का एक आसान तरीका दे रहा है। समूह का पेपर प्रकाशित हुआ प्रकृति ("मोइरे कोंडो लैटिस में गेट-ट्यूनेबल हेवी फर्मियन्स"). मुख्य लेखक कॉर्नेल में कावली इंस्टीट्यूट में पोस्टडॉक्टरल फेलो वेनजिन झाओ हैं। इस परियोजना का नेतृत्व कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में भौतिकी के प्रोफेसर किन फाई माक और पेपर के सह-वरिष्ठ लेखकों, कॉर्नेल इंजीनियरिंग और ए एंड एस में एप्लाइड और इंजीनियरिंग भौतिकी के प्रोफेसर जी शान ने किया था। दोनों शोधकर्ता कावली संस्थान के सदस्य हैं; वे प्रोवोस्ट के नैनोस्केल साइंस एंड माइक्रोसिस्टम्स इंजीनियरिंग (नेक्स्ट नैनो) पहल के माध्यम से कॉर्नेल आए। एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि मोलिब्डेनम डिटेल्यूराइड और टंगस्टन डिसेलेनाइड की मोइरे जाली को दिखाती है। (छवि: यू-त्सुन शाओ और डेविड मुलर) टीम ने जापानी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जून कोंडो के नाम पर कोंडो प्रभाव के रूप में जाना जाने वाले मुद्दे को संबोधित करने के लिए काम किया। लगभग छह दशक पहले, प्रयोगात्मक भौतिकविदों ने पता लगाया था कि एक धातु लेने और चुंबकीय अशुद्धियों के साथ परमाणुओं की एक छोटी संख्या को प्रतिस्थापित करने से, वे सामग्री के संचालन इलेक्ट्रॉनों को बिखेर सकते हैं और इसकी प्रतिरोधकता को मौलिक रूप से बदल सकते हैं। उस घटना ने भौतिकविदों को हैरान कर दिया, लेकिन कोंडो ने इसे एक मॉडल के साथ समझाया, जिसमें दिखाया गया कि कैसे चालन इलेक्ट्रॉन चुंबकीय अशुद्धियों को "स्क्रीन" कर सकते हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशाओं में चुंबकीय अशुद्धता के स्पिन के साथ जोड़े बनाते हैं, जिससे एक सिंगलेट बनता है। जबकि कोंडो अशुद्धता समस्या अब अच्छी तरह से समझ में आ गई है, कोंडो जाली समस्या - यादृच्छिक चुंबकीय अशुद्धियों के बजाय चुंबकीय क्षणों की एक नियमित जाली के साथ - बहुत अधिक जटिल है और भौतिकविदों को परेशान करती रहती है। कोंडो जाली समस्या के प्रायोगिक अध्ययन में आमतौर पर दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के इंटरमेटेलिक यौगिक शामिल होते हैं, लेकिन इन सामग्रियों की अपनी सीमाएं होती हैं। माक ने कहा, "जब आप आवर्त सारणी के निचले भाग तक जाते हैं, तो आप एक परमाणु में 70 इलेक्ट्रॉनों की तरह कुछ पाते हैं।" “सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना इतनी जटिल हो जाती है। कोंडो की बातचीत के बिना भी यह बताना बहुत मुश्किल है कि क्या हो रहा है।'' शोधकर्ताओं ने दो अर्धचालकों के अल्ट्राथिन मोनोलेयर्स को स्टैक करके कोंडो जाली का अनुकरण किया: मोलिब्डेनम डिटेल्यूराइड, एक मॉट इंसुलेटिंग अवस्था में ट्यून किया गया, और टंगस्टन डिसेलेनाइड, जिसे यात्राशील चालन इलेक्ट्रॉनों के साथ डोप किया गया था। ये सामग्रियां भारी इंटरमेटेलिक यौगिकों की तुलना में बहुत सरल हैं, और इन्हें एक चतुर मोड़ के साथ ढेर किया जाता है। परतों को 180-डिग्री के कोण पर घुमाने से, उनके ओवरलैप के परिणामस्वरूप एक मोइरे जाली पैटर्न बनता है जो अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों को अंडे के डिब्बे में अंडे के समान छोटे स्लॉट में फंसा देता है। यह विन्यास दुर्लभ पृथ्वी तत्वों में एक साथ जमा होने वाले दर्जनों इलेक्ट्रॉनों की जटिलता से बचाता है। और इंटरमेटेलिक यौगिकों में चुंबकीय क्षणों की नियमित सरणी तैयार करने के लिए रसायन विज्ञान की आवश्यकता के बजाय, सरलीकृत कोंडो जाली को केवल एक बैटरी की आवश्यकता होती है। जब एक वोल्टेज को बिल्कुल सही तरीके से लागू किया जाता है, तो सामग्री को स्पिन की एक जाली बनाने का आदेश दिया जाता है, और जब कोई एक अलग वोल्टेज पर डायल करता है, तो स्पिन को बुझा दिया जाता है, जिससे एक निरंतर ट्यून करने योग्य प्रणाली का निर्माण होता है। माक ने कहा, "हर चीज़ बहुत सरल और अधिक नियंत्रणीय हो जाती है।" शोधकर्ता स्पिन के इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और घनत्व को लगातार ट्यून करने में सक्षम थे, जो पारंपरिक सामग्री में नहीं किया जा सकता है, और इस प्रक्रिया में उन्होंने देखा कि स्पिन जाली से तैयार इलेक्ट्रॉन "नंगे" की तुलना में 10 से 20 गुना भारी हो सकते हैं "इलेक्ट्रॉन, लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है। ट्यूनेबिलिटी क्वांटम चरण संक्रमणों को भी प्रेरित कर सकती है जिससे भारी इलेक्ट्रॉन हल्के इलेक्ट्रॉनों में बदल जाते हैं, बीच में, एक "अजीब" धातु चरण का संभावित उद्भव होता है, जिसमें तापमान के साथ विद्युत प्रतिरोध रैखिक रूप से बढ़ता है। इस प्रकार के संक्रमण का एहसास तांबे के ऑक्साइड में उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग घटना विज्ञान को समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है। माक ने कहा, "हमारे परिणाम सिद्धांतकारों के लिए एक प्रयोगशाला बेंचमार्क प्रदान कर सकते हैं।" “संघनित पदार्थ भौतिकी में, सिद्धांतकार एक ट्रिलियन परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों की जटिल समस्या से निपटने की कोशिश कर रहे हैं। यह बहुत अच्छा होगा यदि उन्हें वास्तविक सामग्रियों में रसायन विज्ञान और भौतिक विज्ञान जैसी अन्य जटिलताओं के बारे में चिंता न करनी पड़े। इसलिए वे अक्सर इन सामग्रियों का अध्ययन 'गोलाकार गाय' कोंडो जाली मॉडल के साथ करते हैं।

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php