शोधकर्ताओं ने "एमएनबीआई2एस4" नामक एक नये खनिज में चुंबकीय क्रम के माध्यम से विद्युत ध्रुवीकरण के एक अद्वितीय तंत्र की पहचान की है, जो ऊर्जा-कुशल डेटा भंडारण के लिए उपयोगी साबित हो सकता है।

मैग्नेटोइलेक्ट्रिक मल्टीफ़ेरोइक्स अपनी दुर्लभता एवं अद्वितीय गुणों के लिए अनुसंधान में शामिल लोगों के बीच लोकप्रिय सामग्रियों का एक विशेष वर्ग है। दिलचस्प बात यह है कि ये सामग्रियां चुंबकत्व और फेरोइलेक्ट्रिसिटी दोनों का प्रदर्शन एक साथ कर सकती हैं। यह दोहरी सामग्री विशेष रूप से आकर्षित करती है, क्योंकि आमतौर पर सामाग्री में चुंबकत्व या फेरोइलेक्ट्रिसिटी होती है। इसलिए इन दोनों गुणों को एक ही सामग्री में प्राप्त करना दुर्लभ और मूल्यवान है, विशेष रूप से उन्नत प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों जैसे स्पिनट्रोनिक्स, इलेक्ट्रॉनिक मेमोरी डिवाइस, और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों जैसे संचालक और स्विच के लिए।

हाल के दिनों में, अनुसंधान में शामिल लोग एक विशेष प्रकार के मल्टीफेरोइक में दिल्चस्पी रखते है जिसे "स्पिन-संचालित मल्टीफ़ेरोइक्स" कहते हैं। ये "स्पिन-संचालित मल्टीफ़ेरोइक्स" सामग्री फेरोइलेक्ट्रिकिटी का प्रदर्शन केवल तभी करती है जब विशिष्ट चुंबकीय संरचनाएं मौजूद हों। इस खोज ने विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न प्रकार के चुंबकत्व के साथ नई सामग्रियों का पता लगाने में बहुत जिज्ञासा उत्पन्न की है।

अब अनुसंधान को आगे बढ़ाते हुए, प्रोफेसर ए. सुंदरेशन, जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड साइंटिफिक रिसर्च (जेएनसीएएसआर), विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी), भारत सरकार के अंतर्गत एक स्वायत्त संस्थान में रसायन विज्ञान और भौतिकी की सामग्री इकाई के अध्यक्ष, ने मैग्नेटोइलेक्ट्रिक सामग्री के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण खोज की है। उनके अध्ययन के निष्कर्षों को जर्नल ‘फिजिकल रिव्यू बी’ में प्रकाशित एक हालिया पेपर में शामिल किया गया है। अध्ययन "एमएनबीआई2एस4" नामक एक नये सामग्री पर केंद्रित है, जो चुंबकीय क्रम के माध्यम से विद्युत ध्रुवीकरण को प्रेरित करने का एक अनूठा तंत्र प्रदर्शित करता है।

एमएनबीआई2एस4 को मिनरल ग्राज़ियानाइट के रूप में भी जाना जाता है और यह टर्नरी मैंगनीज चाल्कोजेनाइड परिवार का हिस्सा है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन न्यूट्रॉन विवर्तन का उपयोग करके एक विस्तृत अध्ययन करने पर, प्रोफेसर सुंदरेशन की टीम ने सामग्री में अलग-अलग चुंबकीय संरचनाओं की पहचान की, जिसमें स्पिन घनत्व तरंग, साइक्लोइडल और पेचदार स्पिन संरचनाएं शामिल हैं। महत्वपूर्ण रूप से उन्होंने यह भी पाया कि अंतिम दो स्पिन संरचना सामग्री में फेरोइलेक्ट्रिसिटी उत्पन्न होती हैं।

पिछले पेपर के विपरीत, जिसमें रासायनिक क्रम से उत्पन्न ध्रुवीय संरचना और मैग्नेटोइलेक्ट्रिक युग्मन के लिए चुंबकीय संरचना के संयुक्त प्रभाव की खोज की गई थी, प्रोफेसर सुंदरेशन के इस अध्ययन से पता चला कि एमएनबीआई2एस4, जिसे सेंट्रोसिमेट्रिक भी कहा जाता है, कम तापमान (27, 23 और 21.5 केल्विन) पर चुंबकीय क्रम से गुजरता है। इन तापमानों पर विद्युत ध्रुवीकरण के लिए जिम्मेदार विभिन्न चुंबकीय संरचनाओं को चिह्नित करने में न्यूट्रॉन विवर्तन महत्वपूर्ण है।

27 केल्विन में, शोधकर्ताओं ने एक स्पिन घनत्व तरंग संरचना देखी, जिसने व्युत्क्रम समरूपता को नहीं तोड़ा और न ही ध्रुवीकरण को प्रेरित किया। हालांकि, जैसे ही तापमान घटकर 23 केल्विन हुआ, एक चुंबकीय अवस्थांतर हुआ, जिसके कारण एक साइक्लोइडल स्पिन संरचना उत्पन्न हुई जिसने व्युत्क्रम समरूपता और प्रेरित ध्रुवीकरण को तोड़ा। 21.5 केल्विन तक ठंडा करने के बाद एक कुंडलित संरचना बनी, जिससे व्युत्क्रम समरूपता भी टूट गई और ध्रुवीकरण भी प्रेरित हुआ।

प्रो. सुंदरेशन ने आगे कहा कि “इस खोज का महत्व चुंबकत्व और विद्युत ध्रुवीकरण के बीच मजबूत युग्मन में निहित है। चुंबकीय निष्फलता से प्रेरित अद्वितीय तंत्र, मैग्नेटोइलेक्ट्रिक युग्मन में एक सफलता को दर्शाता है। यह खोज विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पहले कभी विशिष्ट एमएनबीआई2एस4 सामग्री में प्राप्त नहीं की गई है।”

इस अध्ययन का निष्कर्ष ऊर्जा-कुशल डेटा भंडारण के क्षेत्र में व्यावहरिकता प्राप्त कर सकते हैं। विशेष रूप से, अगर सामग्री में कमरे के तापमान पर उसी तरह की घटना प्रदर्शित करने की क्षमता होती है, तो यह छोटे विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके स्पिन के ऊर्जा-कुशल परिचालन का मार्ग प्रशस्त कर सकते है। बदले में यह रचनात्मक प्रक्रियाओं के दौरान ऊर्जा की खपत में कमी लाकर डेटा भंडारण क्षेत्र में क्रांति उत्पन्न कर सकता है। इसके अतिरिक्त, ये निष्कर्ष चार-अवस्था तर्क मेमोरी सिस्टम के विकास में भी सहायक साबित हो सकते हैं, जो वर्तमान बाइनरी लॉजिक सिस्टम की तुलना में डिवाइस प्रदर्शन के लिए स्वतंत्रता की अतिरिक्त डिग्री प्रदान करते हैं। हालाँकि, आगे बढ़ते हुए, शोधकर्ता कमरे के तापमान पर इन गुणों को प्रदर्शित करने वाली सामग्रियों को खोजने के लक्ष्य के साथ, व्युत्क्रम समरूपता को तोड़ने और ध्रुवीकरण को प्रेरित करने वाले तंत्र को समझने के लिए विभिन्न सामग्रियों और संरचनाओं की और खोज की आवश्यकता महसूस कर रहे हैं।

इस शोध के लिए, जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड साइंटिफिक रिसर्च में शेख साकर प्रयोगशाला और इंटरनेशनल सेंटर फॉर मैटेरियल्स साइंस ने प्रयोगात्मक सुविधाएं प्रदान कीं, और डीएसटी, एसईआरबी और भारत सरकार ने वित्तीय सहायता प्रदान की। विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी सुविधा परिषद (एसटीएफसी यूके) ने न्यूट्रॉन बीम टाइम प्रदान किया।

प्रकाशन लिंक:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.109.024401

संपर्क विवरण:

लेखक: प्रो ए सुंदरेसन

ईमेल आईडी:sundaresan@jncasr.ac.in

 

जेएनसीएएसआर वैज्ञानिकों द्वारा विभिन्न तापमानों पर अध्ययन किए गए मैग्नेटोइलेक्ट्रिक मल्टीफेरोइक सामग्री में तीन अलग-अलग चुंबकीय संरचनाएं

इमेज क्रेडिट: फिजिकल रिव्यू बी

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