एफएसयू भौतिकीविदों ने इलेक्ट्रॉन के ठोस और तरल अवस्थाओं के बीच एक नया क्वांटम चरण खोजा

फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी (एफएसयू) के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनों के एक नए क्वांटम चरण का खुलासा किया है, जिसमें वे अप्रत्याशित व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जो वर्तमान क्वांटम समझ को चुनौती देता है। यह महत्वपूर्ण खोज, जिसका विवरण प्रतिष्ठित पत्रिका npj Quantum Materials में प्रकाशित हुआ है, इलेक्ट्रॉनों को क्रिस्टलीय ठोसता और द्रव-जैसे गति के बीच परिवर्तित होते हुए दर्शाती है। इस शोध में एफएसयू टीम ने नेशनल साइंस फाउंडेशन के एक्सेस कार्यक्रम के संसाधनों सहित उन्नत कम्प्यूटेशनल उपकरणों का उपयोग किया।

इस रहस्योद्घाटन का आधार सामान्यीकृत विग्नर क्रिस्टल (generalized Wigner crystal) की अवधारणा है, जिसे यूजीन विग्नर ने सर्वप्रथम 1934 में प्रस्तावित किया था। सटीक क्वांटम ट्यूनिंग के तहत, ये व्यवस्थित इलेक्ट्रॉन जाली एक तरल चरण में परिवर्तित हो सकती हैं, जहाँ इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से गति करते हैं। शोधकर्ताओं ने एक मध्यवर्ती "पिनबॉल" अवस्था की पहचान की, जिसमें कुछ इलेक्ट्रॉन स्थिर रहते हैं जबकि अन्य अराजक रूप से गति करते हैं। यह संकर अवस्था एक साथ इन्सुलेटिंग और संचालन दोनों व्यवहार प्रदर्शित करती है, जो एक मौलिक रूप से नया क्वांटम यांत्रिक प्रभाव है।

शोध दल, जिसमें सिप्रियन लेवांडोव्स्की, हितेश चांग्लानी और अमन कुमार शामिल हैं, ने चरण आरेखों को मैप करने के लिए सटीक विकर्णीकरण और मोंटे कार्लो सिमुलेशन जैसी विधियों का उपयोग किया। [cite:1, cite:3, cite:5] उन्होंने एक द्वि-आयामी मोइरे सुपरलैटिस में अंतःक्रियाओं को ट्यून करके, ठोस-जैसे और द्रव-जैसे इलेक्ट्रॉन व्यवहार के सह-अस्तित्व को प्रदर्शित किया। पारंपरिक त्रिकोणीय जाली के विपरीत, सामान्यीकृत विग्नर क्रिस्टल धारियों या मधुकोश संरचनाओं जैसी विभिन्न क्रिस्टलीय आकृतियों की अनुमति देता है। चांग्लानी ने बताया कि उन्होंने "क्वांटम नॉब्स" को ट्यून करके इस चरण संक्रमण को प्रेरित करने की स्थितियों का निर्धारण किया।

लेवांडोव्स्की ने "पिनबॉल चरण" को एक रोमांचक अवस्था बताया जहाँ कुछ इलेक्ट्रॉन इन्सुलेटिंग और कुछ संचालन कर रहे थे। उद्योग के अंदरूनी सूत्र क्वांटम प्रौद्योगिकियों, विशेष रूप से दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटरों के लिए अधिक स्थिर क्यूबिट्स के विकास में महत्वपूर्ण निहितार्थों की उम्मीद कर रहे हैं। इलेक्ट्रॉन चरणों को ट्यून करने की क्षमता कम-ऊर्जा वाले स्पिनट्रॉनिक्स को भी आगे बढ़ा सकती है और ग्राफीन जैसी सामग्रियों पर आधारित उपकरणों को बेहतर बना सकती है। एक प्रमुख लाभ यह है कि इन जटिल प्रभावों को अति-ठंडे तापमान की आवश्यकता के बिना देखा जा सकता है, जिससे कमरे के तापमान पर क्वांटम प्रभावों और उच्च-प्रदर्शन अतिचालकों में सफलताओं की संभावनाएं खुलती हैं।

यह कार्य क्वांटम उलझाव और कई-पिंड भौतिकी की जांच के लिए एक नया प्रायोगिक मंच प्रदान करता है, जो क्वांटम चरण संक्रमणों के सिमुलेशन पर चल रहे कम्प्यूटेशनल अनुसंधान का पूरक है। एफएसयू के शोधकर्ता, जिनमें नेशनल हाई मैग्नेटिक फील्ड लेबोरेटरी के सहयोगी भी शामिल हैं, इस क्षेत्र में नेतृत्व करने के लिए विश्वविद्यालय की स्थिति को मजबूत कर रहे हैं।