भौतिकविदों ने एक द्वि-आयामी ढांकता हुआ में अप्रत्याशित क्वांटम घटना का निरीक्षण किया सामग्री विज्ञान और भौतिकी

संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के भौतिकविदों की एक टीम ने दो आयामी टोपोलॉजिकल इंसुलेटर में एक क्वांटम दोलन नामक एक घटना का प्रयोग किया।) का है। दल निष्कर्षपत्रिका में प्रकाशित प्रकृति, एक पूरी तरह से नए प्रकार के क्वांटम कण के अस्तित्व पर संकेत देता है – “तटस्थ fermion।”

डिवाइस डिजाइन का चित्रण, जहां एक पतली (नीली) एचबीएन परत का उपयोग चुनिंदा नक़्क़ाशीदार क्षेत्रों के साथ किया जाता है, जो कि डब्ल्यूटी इलेक्ट्रोड के साथ पीएल इलेक्ट्रोड (पीला) के संपर्क से बचने के लिए होता है। ग्रेफाइट पाइल (ग्रे) / एचबीएन (नीला) / डब्ल्यूटीई मोनोलेयर (रेड), जैसा कि क्रॉस-अनुभागीय दृश्य में दिखाया गया है, आगे इलेक्ट्रोड का उपयोग करके तल पर स्टैक किया गया है, जैसा कि तीर द्वारा दिखाया गया है। इनसेट: डिवाइस छवि 1; एक धराशायी लाल रेखा एकल-परत किनारों को उजागर करती है जबकि सफेद वर्ग संपर्क क्षेत्रों को इंगित करते हैं। चित्र साभार: वांग और अन्य। , दोई: 10.1038 / s41586-020-03084-9।

क्वांटम दोलनों का अवलोकन करना लंबे समय से धातुओं और इन्सुलेटर के बीच अंतर की एक बानगी माना जाता है।

धातुओं में, इलेक्ट्रॉन अत्यधिक मोबाइल होते हैं, और प्रतिरोध कमजोर होता है। लगभग एक शताब्दी के लिए, भौतिकविदों ने देखा कि बहुत कम तापमान के साथ चुंबकीय क्षेत्र, इलेक्ट्रॉनों को “शास्त्रीय” स्थिति से क्वांटम राज्य में स्थानांतरित करने का कारण बन सकता है, जिससे धातु के प्रतिरोध में दोलन हो सकते हैं।

इसके विपरीत, इन्सुलेटरों में, इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, और सामग्री बहुत अधिक प्रतिरोध है, इसलिए इस प्रकार की क्वांटम दोलनों की उम्मीद नहीं की जाती है, चाहे लागू चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की परवाह किए बिना।

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“अगर हमारी व्याख्या सही है, तो हम क्वांटम मामले के एक मौलिक रूप से नए रूप में देख रहे हैं,” वरिष्ठ लेखक डॉ। सैनफेंग वू, प्रिंसटन विश्वविद्यालय में भौतिकी विभाग के एक शोधकर्ता ने कहा।

“हम अब एक पूरी नई क्वांटम दुनिया की कल्पना में छिपे हुए हैं। हम शायद पिछले कई दशकों में उन्हें पहचानने से चूक गए हैं।”

शोध के लिए, डॉ। वू और उनके सहयोगियों ने तथाकथित स्कॉलेयर की परतों को धीरे-धीरे बाहर निकालने के लिए मानक स्कॉच टेप का उपयोग करके टंगस्टन डिटेलोरिड तैयार किया।

मोटी टंगस्टन डाइक्लोराइड एक धातु की तरह व्यवहार करता है। लेकिन एक बार जब यह monolayer है यह एक बहुत मजबूत इन्सुलेटर बन जाता है।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने चुंबकीय क्षेत्रों के तहत एकल-परत टंगस्टन परत के प्रतिरोध को मापने के लिए निर्धारित किया।

उनके विस्मय के लिए, इन्सुलेटर प्रतिरोध, हालांकि बहुत बड़ा, चुंबकीय क्षेत्र में वृद्धि के रूप में दोलन करना शुरू कर दिया, जो क्वांटम राज्य में बदलाव का संकेत है।

वास्तव में, यह सामग्री थी – एक बहुत मजबूत इन्सुलेटर – जिसने धातु की सबसे उल्लेखनीय क्वांटम संपत्ति दिखाई।

“वह पूरी तरह आश्चर्यचकित था। हमने खुद से पूछा,” यहां क्या हो रहा है? “डॉ। वू ने कहा।

“इस घटना की व्याख्या करने के लिए कोई वर्तमान सिद्धांत नहीं हैं।”

हालांकि, वैज्ञानिकों के पास एक उत्तेजक परिकल्पना है – क्वांटम पदार्थ का एक रूप जो न्यूट्रल चार्ज होता है।

“बहुत मजबूत इंटरैक्शन के कारण, इलेक्ट्रॉन इस नए प्रकार के क्वांटम पदार्थ का उत्पादन करने के लिए खुद को व्यवस्थित करते हैं। लेकिन अंततः इलेक्ट्रॉनों में अब कोई दोलन नहीं है,” डॉ। वू ने कहा।

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इसके बजाय, लेखकों का मानना ​​है कि नए कण, जिन्हें वे “तटस्थ fermions” कहते हैं, इन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील इलेक्ट्रॉनों से उत्पन्न होते हैं और यह अविश्वसनीय रूप से प्रभावशाली क्वांटम प्रभाव बनाने के लिए जिम्मेदार हैं।

क्वांटम सामग्रियों में, चार्ज किए गए फ़र्मेशन को नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों या सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए “छेद” हो सकते हैं जो विद्युत चालन के लिए जिम्मेदार हैं।

विशेष रूप से, यदि कोई सामग्री एक विद्युत इन्सुलेटर है, तो ये चार्ज किए गए फ़र्म स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकते हैं। हालांकि, तटस्थ कण – यानी, न तो नकारात्मक और न ही सकारात्मक चार्ज – सैद्धांतिक रूप से मौजूद हो सकता है और एक इन्सुलेटर में आगे बढ़ सकता है।

प्रिंसटन यूनिवर्सिटी में भौतिकी विभाग में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता, पहले लेखक डॉ। पेंगजी वांग ने कहा, “हमारे प्रयोगात्मक परिणाम आवेशित फ़र्मों पर आधारित सभी वर्तमान सिद्धांतों के साथ असंगत हैं, लेकिन तटस्थ-चार्ज फ़र्मेंस के अस्तित्व द्वारा समझाया जा सकता है।”

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द्वि वांग | और अन्य। एक इन्सुलेटर में लैंडौ मात्रा का ठहराव और उच्च गति का निर्माण। प्रकृति4 जनवरी, 2021 को पोस्ट किया गया; दोई: 10.1038 / s41586-020-03084-9

यह लेख प्रिंसटन विश्वविद्यालय द्वारा प्रदान किए गए एक पाठ पर आधारित है।

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