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Friday, April 23, 2021

लेजर के साथ क्वांटम सामग्री का ज़पिंग पता चलता है कि परमाणु कैसे संबंधित हैं

लेजर बीम अवधारणा

लेक्स केम्पर एनसी स्टेट में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर हैं। वह क्वांटम सामग्रियों का अध्ययन करता है: ठोस सामग्री जिसमें निफ्टी भौतिक गुण होते हैं जो उन्हें कंप्यूटिंग या ऊर्जा अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाते हैं।

हाल ही में, केम्पर नेचर कम्युनिकेशंस में एक पेपर पर सह-लेखक थे जिन्होंने एक विशेष क्वांटम सामग्री (सेरियम ट्रा-टेल्यूराइड, या सीईटी 3) में एक चरण संक्रमण का वर्णन किया था जब इसे अल्ट्राफास्ट लेजर के साथ संतुलन से बाहर कर दिया गया था। इस परियोजना का नेतृत्व मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने किया, जिसमें से अतिरिक्त योगदानकर्ता थे नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी और आर्गन राष्ट्रीय प्रयोगशाला। नीचे, केम्पर बताते हैं कि शोध टीम ने क्या खोज की और यह क्यों महत्वपूर्ण है।

चरण संक्रमण भौतिकी और रसायन विज्ञान का एक मौलिक टुकड़ा है। हम सभी पानी के विभिन्न चरणों से परिचित हैं, उदाहरण के लिए, लेकिन कणों की एक प्रणाली का यह विचार कि यह कैसा दिखता है और यह कैसे व्यवहार करता है यह विज्ञान में वास्तव में सर्वव्यापी है। और जब हम पानी को बर्फ में बदलने का परिणाम जानते हैं, तो सटीक प्रक्रिया कई अलग-अलग प्रकार की बर्फ की ओर ले जाती है: कभी-कभी बर्फ पारदर्शी होती है और दूसरी बार नहीं, और अंतर यह है कि आप इसे फ्रीज कैसे करते हैं। इस प्रकार, एक चरण संक्रमण कैसे होता है, इसका अध्ययन करने से हमें मौलिक भौतिकी के बारे में बहुत कुछ पता चलता है, और इसके परिणामस्वरूप दोनों तरफ के चरणों के बारे में बताया जाता है।

क्वांटम भौतिकी स्तर पर, एक ही विचार लागू होता है। हम एक राज्य से दूसरे में एक प्रणाली के परिवर्तन को देख सकते हैं क्योंकि हम धीरे-धीरे महत्वपूर्ण तापमान में तापमान को बदलते हैं; उदाहरण के लिए, हम देख सकते हैं कि सामग्री कठोर हो जाती है, ठीक उसी तरह जैसे हम बर्फ के रूप को देख सकते हैं। लेकिन जैसा कि वे होते हैं, हम विवरण को परमाणु स्तर पर नहीं देखते हैं। इस कार्य में, हम इससे उबरने में सक्षम थे और एक खिड़की को खोलते थे कि कैसे परमाणु अपने आप को सिस्टम के एक चरण से दूसरे तक परमाणु (पिकोसेकंड) समय के तराजू पर पुनर्व्यवस्थित कर रहे हैं।

इस विशेष कार्य में, हमने CeTe3 का अध्ययन किया। यह सामग्री के एक बड़े वर्ग का हिस्सा है, दुर्लभ पृथ्वी त्रिकोणीय। यदि आप उच्च तापमान पर इसकी परमाणु संरचना को देखते हैं, तो यह सामग्री वर्गों के ढेर के जाल की तरह बनाई जाती है। जैसे ही तापमान घटता है, वर्ग आयतों में बदल जाते हैं। इसमें दो दिशाएं हो सकती हैं (चलो उन्हें ए और बी कहते हैं), लेकिन सामग्री केवल एक को चुनती है। कौन सा घटाव पर निर्भर करता है – स्थानीय तनाव और दोष के कारण सामग्री में तनाव।

प्रयोग में, हमने अल्ट्रशॉर्ट गहन लेजर दालों का उपयोग करके सिस्टम को “ए” आयत स्थिति से बाहर निकालने के लिए इस्तेमाल किया और देखा कि यह कैसे सुधारने की कोशिश करता है। चूंकि आयत राज्य की ओर कोई विशेष रूप से मजबूत ड्राइविंग बल नहीं है, सिस्टम ने ए और बी दोनों आयतों का गठन किया। जैसा कि आयतों में से एक (पिकोसेकंड परमाणु समय सीमा पर) दूसरे पर हावी है, “गलत” राज्य के छोटे पोखर बने हुए हैं, जो कि नैनोसेकंड (100x लंबे समय तक) से छुटकारा पाने और अंतिम रूप से मुश्किल हैं।

ये परिणाम हमें बताते हैं कि चरण परिवर्तन कैसे होते हैं, के मूलभूत पहलुओं के बारे में बताते हैं कि सामग्री के विभिन्न भाग एक दूसरे से अपने परमाणुओं को संरेखित करने के लिए “बात” करते हैं ताकि पैटर्न मेल खाते हों, और ऊर्जा परिदृश्य क्या होता है।

जब हम जानते हैं कि क्वांटम सामग्रियों के साथ क्या हो रहा है और वे परमाणु स्तर पर अपने राज्य को कैसे बदलते हैं, तो हम उस ज्ञान का उपयोग एमआरआई मशीनों और बेहतर कंप्यूटर मेमोरी जैसे नए और बेहतर उपकरणों को विकसित करने के लिए कर सकते हैं।

संदर्भ: “फेन झोउ, जोसेफ विलियम्स, शुआईशुई सन, क्रिस्टोस डी। मल्लियाकास, मर्कुरी – कान्त्ज़िडिडिस, अलेक्जेंडर एफ। केम्पर और चोंग-यू रुआन, 25 द्वारा” सहज घनत्व तरंग की एक छिपी हुई स्थिति में टूटने की सहज स्थिति ” जनवरी 2021, प्रकृति संचार
DOI: 10.1038 / s41467-020-20834-5

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