किमियाओ शी के नेतृत्व में राइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पदार्थ की एक अद्वितीय क्वांटम स्थिति की खोज की है जो भौतिकी के दो प्रमुख क्षेत्रों को जोड़ सकती है: क्वांटम पदार्थ और इलेक्ट्रॉनिक टोपोलॉजी।
यह खोज प्रकाशित हुई थी प्राकृतिक भौतिकीअल्ट्रा-सटीक सेंसर, ऊर्जा-कुशल कंप्यूटिंग सिस्टम और नई सामग्रियों सहित नए क्वांटम उपकरणों के निर्माण का आधार बन सकता है।
“यह एक मौलिक प्रगति है। हमारा काम दिखाता है कि मजबूत क्वांटम प्रभाव पूरी तरह से नई संपत्तियों का उत्पादन करने के लिए बातचीत कर सकते हैं, जो भविष्य की प्रौद्योगिकियों के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं,” भौतिकी और खगोल विज्ञान के हैरी के. और ओल्गा के. वीस प्रोफेसर शी ने कहा।
क्वांटम और टोपोलॉजिकल महत्व
क्वांटम सीमा इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार का वर्णन करती है क्योंकि वे विभिन्न चरणों के बीच दोलन करते हैं, जैसे पानी जमने या उबलने वाला होता है। क्वांटम भौतिकी में टोपोलॉजी इलेक्ट्रॉनिक तरंग फ़ंक्शन के स्थिर विन्यास का अध्ययन करती है जो सामग्री की संरचना में परिवर्तन होने पर संरक्षित रहता है। पहले, इन घटनाओं का अलग से अध्ययन किया गया था: टोपोलॉजी कमजोर इंटरैक्शन वाली सामग्रियों में पाई गई थी, और अत्यधिक सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉनों वाले सिस्टम में गंभीरता पाई गई थी।
शी की टीम ने एक सैद्धांतिक मॉडल प्रस्तावित किया जो इन प्रभावों को एकीकृत करता है। उन्होंने दिखाया कि इलेक्ट्रॉनों के बीच मजबूत अंतःक्रिया टोपोलॉजिकल व्यवहार शुरू कर सकती है, जिससे एक संकर स्थिति बन सकती है।
राइस यूनिवर्सिटी के स्नातक छात्र और पेपर के सह-लेखक लेई चेन ने कहा, “हमें आश्चर्य हुआ कि क्वांटम क्रिटिकलिटी स्वयं मजबूत इंटरैक्शन में टोपोलॉजिकल प्रभाव पैदा कर सकती है।”
परीक्षण पुष्टि
सिल्के पासचेन के नेतृत्व में वियना के तकनीकी विश्वविद्यालय के प्रयोगकर्ताओं द्वारा सैद्धांतिक निष्कर्षों की पुष्टि की गई। उन्होंने भारी फ़र्मियन वाले एक पदार्थ का अध्ययन किया – इसमें मौजूद इलेक्ट्रॉन परस्पर क्रिया के कारण बहुत अधिक विशाल कणों की तरह व्यवहार करते हैं। देखा गया व्यवहार सैद्धांतिक टीम की भविष्यवाणियों के अनुरूप है और एक नई टोपोलॉजिकल क्वांटम स्थिति के संकेत दिखाता है।
प्रौद्योगिकी क्षमता
क्वांटम क्रिटिकलिटी और टोपोलॉजी का संयोजन क्वांटम प्रौद्योगिकी के विकास के अवसर खोलता है। टोपोलॉजिकल गुण बाहरी प्रभावों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करते हैं, और आलोचनात्मकता क्वांटम उलझाव को बढ़ाती है, जिससे सिस्टम अधिक संवेदनशील और नियंत्रणीय हो जाते हैं। यह कम-शक्ति वाले सेंसर, सुपरकंडक्टर और कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है।
शी बताते हैं, “हमारे परिणाम संघनित पदार्थ भौतिकी में एक अंतर भरते हैं। मजबूत इलेक्ट्रॉनिक इंटरैक्शन टोपोलॉजिकल गुणों को नष्ट नहीं करते हैं बल्कि उन्हें बना सकते हैं। यह प्रौद्योगिकी के लिए व्यावहारिक महत्व की एक नई स्थिति खोलता है।”
इससे नई सामग्री बनाने में कैसे मदद मिलेगी?
यह खोज क्वांटम महत्वपूर्ण बिंदु पर सामग्रियों की व्यवस्थित खोज या डिज़ाइन की अनुमति देती है और टोपोलॉजिकल संरचनाएं बनाने में सक्षम है। यह दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को पूर्वानुमानित क्वांटम गुणों वाली सामग्री विकसित करने और इलेक्ट्रॉनिक्स और सेंसर के प्रदर्शन में सुधार करने की क्षमता प्रदान करता है।
शी ने कहा, “यह समझने से कि इन प्रभावों को कहां देखना है, हमें मौलिक क्वांटम भौतिकी पर आधारित सिद्धांत से व्यावहारिक तकनीक की ओर बढ़ने का अवसर मिलता है।”
