नई प्रयोगात्मक विधि के साथ, शोधकर्ता पहली बार 2डी सामग्री में स्पिन संरचना की जांच करते हैं

11 मई, 2023 (नानावरक न्यूज़) दो दशकों से, भौतिकविदों ने 2डी सामग्री जैसे इलेक्ट्रॉनों के स्पिन में सीधे हेरफेर करने की कोशिश की है graphene. ऐसा करने से 2डी इलेक्ट्रॉनिक्स की बढ़ती दुनिया में महत्वपूर्ण प्रगति हो सकती है, एक ऐसा क्षेत्र जहां सुपर-फास्ट, छोटे और लचीले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर संगणना करते हैं। जिस तरह से खड़ा है वह विशिष्ट तरीका है जिसमें वैज्ञानिक इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को मापते हैं - एक आवश्यक व्यवहार जो भौतिक ब्रह्मांड में सब कुछ इसकी संरचना देता है - आमतौर पर काम नहीं करता है 2 डी सामग्री. इससे सामग्रियों को पूरी तरह से समझना और उनके आधार पर तकनीकी प्रगति को आगे बढ़ाना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो जाता है। लेकिन ब्राउन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम का मानना ​​है कि अब उनके पास इस लंबे समय से चली आ रही चुनौती से निपटने का एक तरीका है। वे में प्रकाशित एक नए अध्ययन में अपने समाधान का वर्णन करते हैं प्रकृति भौतिकी ("डायराक रिवाइवल ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में अनुनाद प्रतिक्रिया चलाते हैं"). अध्ययन में, शोधकर्ता वर्णन करते हैं कि वे 2डी सामग्री में घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों और माइक्रोवेव विकिरण से आने वाले फोटॉन के बीच प्रत्यक्ष संपर्क दिखाते हुए पहला माप क्या मानते हैं। (छवि: जिया ली, ब्राउन यूनिवर्सिटी) अध्ययन में, टीम - जिसमें सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज में सेंटर फॉर इंटीग्रेटेड नैनोटेक्नोलोजी के वैज्ञानिक भी शामिल हैं, और इंसब्रुक विश्वविद्यालय - का वर्णन है कि वे क्या मानते हैं कि यह पहला माप है जो बीच की सीधी बातचीत दिखाता है एक 2D सामग्री में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन और माइक्रोवेव विकिरण से आने वाले फोटॉन। एक युग्मन कहा जाता है, इलेक्ट्रॉनों द्वारा माइक्रोवेव फोटॉनों का अवशोषण इन 2डी क्वांटम सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन के गुणों का सीधे अध्ययन करने के लिए एक उपन्यास प्रयोगात्मक तकनीक स्थापित करता है - एक जो उन सामग्रियों के आधार पर कम्प्यूटेशनल और संचार प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए नींव के रूप में काम कर सकता है। शोधकर्ताओं को। ब्राउन में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर और अनुसंधान के वरिष्ठ लेखक जिया ली ने कहा, "स्पिन संरचना एक क्वांटम घटना का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा है, लेकिन हमने कभी भी इन 2डी सामग्रियों में इसकी प्रत्यक्ष जांच नहीं की है।" "उस चुनौती ने हमें पिछले दो दशकों से सैद्धांतिक रूप से इन आकर्षक सामग्री में स्पिन का अध्ययन करने से रोका है। अब हम इस पद्धति का उपयोग कई अलग-अलग प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए कर सकते हैं जिन्हें हम पहले अध्ययन नहीं कर सके।" शोधकर्ताओं ने "मैजिक-एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन नामक अपेक्षाकृत नई 2डी सामग्री पर माप किए। यह ग्रैफेन-आधारित सामग्री तब बनाई जाती है जब कार्बन की अल्ट्राथिन परतों की दो चादरें ढेर हो जाती हैं और सही कोण पर मुड़ जाती हैं, नई डबल-स्तरित संरचना को एक सुपरकंडक्टर में परिवर्तित कर देती है जो बिजली को प्रतिरोध या ऊर्जा अपशिष्ट के बिना प्रवाह करने की अनुमति देती है। 2018 में अभी-अभी खोजा गया, शोधकर्ताओं ने इसके आसपास की क्षमता और रहस्य के कारण सामग्री पर ध्यान केंद्रित किया। "2018 में पूछे गए बहुत से प्रमुख प्रश्नों का अभी भी उत्तर दिया जाना बाकी है," ब्राउन में ली की प्रयोगशाला में स्नातक छात्र एरिन मोरिसेट ने कहा, जिन्होंने काम का नेतृत्व किया। भौतिक विज्ञानी आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को मापने के लिए परमाणु चुंबकीय अनुनाद या एनएमआर का उपयोग करते हैं। वे माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग करके एक नमूना सामग्री में परमाणु चुंबकीय गुणों को उत्तेजित करके और फिर इस विकिरण के विभिन्न संकेतों को पढ़कर स्पिन को मापने का कारण बनते हैं। 2डी सामग्री के साथ चुनौती यह है कि माइक्रोवेव उत्तेजना के जवाब में इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय हस्ताक्षर का पता लगाने के लिए बहुत छोटा है। अनुसंधान दल ने सुधार करने का निर्णय लिया। इलेक्ट्रॉनों के चुंबकत्व का सीधे पता लगाने के बजाय, उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक प्रतिरोध में सूक्ष्म परिवर्तनों को माप लिया, जो कि ब्राउन में आणविक और नैनोस्केल इनोवेशन संस्थान में निर्मित उपकरण का उपयोग करके विकिरण से चुंबकीयकरण में परिवर्तन के कारण हुआ था। इलेक्ट्रॉनिक धाराओं के प्रवाह में इन छोटे बदलावों ने शोधकर्ताओं को यह पता लगाने के लिए डिवाइस का उपयोग करने की अनुमति दी कि इलेक्ट्रॉन माइक्रोवेव विकिरण से तस्वीरों को अवशोषित कर रहे थे। शोधकर्ता प्रयोगों से नई जानकारी का निरीक्षण करने में सक्षम थे। उदाहरण के लिए, टीम ने देखा कि सिस्टम के कुछ हिस्सों में फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच की बातचीत इलेक्ट्रॉनों को व्यवहार करती है क्योंकि वे एक एंटी-फेरोमैग्नेटिक सिस्टम में व्यवहार करते हैं - जिसका अर्थ है कि कुछ परमाणुओं के चुंबकत्व को चुंबकीय परमाणुओं के एक सेट द्वारा रद्द कर दिया गया था। विपरीत दिशा में संरेखित। 2डी सामग्रियों में स्पिन का अध्ययन करने के लिए नई विधि और वर्तमान निष्कर्ष आज प्रौद्योगिकी पर लागू नहीं होंगे, लेकिन शोध दल संभावित अनुप्रयोगों को देखता है जो भविष्य में विधि को आगे बढ़ा सकते हैं। वे मुड़ी हुई बाइलेयर ग्राफीन के लिए अपनी विधि को लागू करना जारी रखने की योजना बना रहे हैं, लेकिन इसे अन्य 2डी सामग्री में भी विस्तारित कर रहे हैं। "यह वास्तव में एक विविध टूलसेट है जिसका उपयोग हम इन दृढ़ता से सहसंबद्ध प्रणालियों में इलेक्ट्रॉनिक ऑर्डर के एक महत्वपूर्ण हिस्से तक पहुंचने के लिए कर सकते हैं और सामान्य तौर पर यह समझने के लिए कर सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन 2डी सामग्री में कैसे व्यवहार कर सकते हैं," मोरीसेट ने कहा। प्रयोग 2021 में न्यू मैक्सिको में सेंटर फॉर इंटीग्रेटेड नैनोटेक्नोलॉजीज में दूरस्थ रूप से किया गया था। मथियास एस.

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php