2024 में, EMPA शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों ने पहली बार सफलतापूर्वक एक तथाकथित एक-आयामी वैकल्पिक हाइजेनबर्ग मॉडल को एक सिंथेटिक सामग्री के साथ महसूस किया। यह सैद्धांतिक क्वांटम-फिजिकल मॉडल, जिसे लगभग एक सदी के लिए जाना जाता है, स्पिन की एक रैखिक श्रृंखला का वर्णन करता है-एक प्रकार का क्वांटम चुंबकत्व। अब, EMPA के नैनोटेक@सरफेस लेबोरेटरी के प्रमुख रोमन फसेल के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने भी प्रयोगशाला में मॉडल के “भाई” को फिर से बनाने में सक्षम किया है।
वैकल्पिक मॉडल में, स्पिन्स को मजबूत और कमजोर कपलिंग के एक पैटर्न में जोड़ा जाता है। नए मॉडल में, हालांकि, स्पिन समान रूप से जुड़े हुए हैं। यह प्रतीत होता है कि मामूली अंतर मौलिक रूप से अलग-अलग गुणों में होता है: सजातीय श्रृंखला में स्पिन दृढ़ता से उलझ जाते हैं और लंबी दूरी के सहसंबंधों को प्रदर्शित करते हैं, जिसमें जमीनी राज्य और उत्साहित राज्यों के बीच कोई ऊर्जा अंतर नहीं है। इसके विपरीत, वैकल्पिक श्रृंखला एक ऊर्जा अंतर विकसित करती है, और इसके स्पिन मजबूत जोड़ीदार बॉन्ड बनाते हैं, सहसंबंध तेजी से घटते (तेजी से) होते हैं। शोधकर्ता अपने नैनोग्राफिन स्पिन चेन में सैद्धांतिक क्वांटम भौतिकी की इन भविष्यवाणियों की सटीक पुष्टि करने में सक्षम थे। संबंधित निष्कर्ष अभी के नवीनतम संस्करण में प्रकाशित किए गए हैं प्रकृति सामग्री।
दोनों मॉडलों को नैनोग्राफेन्स, दो-आयामी कार्बन सामग्री ग्राफीन के छोटे टुकड़े के साथ महसूस किया गया था। इन टुकड़ों के आकार को सटीक रूप से नियंत्रित करके, शोधकर्ता अपने (क्वांटम) भौतिक गुणों में हेरफेर कर सकते हैं। लक्ष्य एक सामग्री मंच विकसित करना है जो विभिन्न क्वांटम मॉडल और प्रभावों को प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन करने की अनुमति देता है।
चलती क्वांटम टेक्नोलॉजीज ए (टिनी) स्टेप प्रैक्टिकल एप्लिकेशन के करीब
दो हाइजेनबर्ग प्रयोग इस दृष्टिकोण को उजागर करते हैं। वैकल्पिक स्पिन चेन मॉडल के लिए, शोधकर्ताओं ने अपनी शुरुआती सामग्री के रूप में तथाकथित क्लेर के गोबल्स का उपयोग किया, ग्यारह कार्बन के छल्ले से मिलकर आवरग्लास के आकार के नैनोग्राफीन अणुओं का उपयोग किया। सजातीय हाइजेनबर्ग श्रृंखला के लिए, उन्होंने एक अलग नैनोग्राफिन का उपयोग किया: ओलंपिकीन, जिसमें पांच रिंग्स होते हैं और ओलंपिक के छल्ले के समान इसका नाम होता है।
“अब हमने दूसरी बार यह प्रदर्शित किया है कि क्वांटम भौतिकी के सैद्धांतिक मॉडल को नैनोग्राफेन के साथ महसूस किया जा सकता है, जिससे उनकी भविष्यवाणियां प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण योग्य हो जाती हैं,” फासेल कहते हैं। इसके बाद, शोधकर्ताओं ने फेरिमैग्नेटिक स्पिन चेन बनाने और जांच करने के लिए अपने नैनोग्राफेन्स का उपयोग करने की योजना बनाई है। इन श्रृंखलाओं में, चुंबकीय क्षण एक एंटीपैरल तरीके से संरेखित करते हैं, लेकिन पूरी तरह से रद्द नहीं करते हैं। इसके अलावा महान रुचि के दो-आयामी स्पिन लैटिस हैं, जो स्पिन चेन की तुलना में बहुत अधिक प्रकार के चरणों का प्रदर्शन करते हैं, जिसमें टोपोलॉजिकल स्टेट्स, क्वांटम स्पिन तरल और विदेशी महत्वपूर्ण घटनाएं शामिल हैं। यह उन्हें विशेष रूप से दिलचस्प बनाता है, दोनों मौलिक अनुसंधान के लिए और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए।
आखिरकार, क्वांटम भौतिकी पाठ्यपुस्तकों से मॉडल को फिर से बनाना केवल एक शैक्षणिक अभ्यास नहीं है – यह एक व्यावहारिक उद्देश्य भी कार्य करता है। क्वांटम टेक्नोलॉजीज संचार, कंप्यूटिंग पावर, माप तकनीक और बहुत कुछ में सफलताओं का वादा करता है। हालांकि, क्वांटम राज्य नाजुक हैं, और उनके प्रभावों को समझना मुश्किल है, जिससे वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में अनुसंधान विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। उनके नैनोग्राफिन “क्वांटम लेगो” के साथ, EMPA शोधकर्ताओं को क्वांटम प्रभावों की गहरी समझ हासिल करने की उम्मीद है और इस प्रकार प्रयोग करने योग्य क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए मार्ग प्रशस्त करते हैं।
