शोधकर्ताओं ने नई सामग्रियों को बेहतर ढंग से समझने के लिए क्वांटम क्रिटिकल पॉइंट्स की एक मॉडल सिस्टम की पहचान की है। यह मॉडल सिस्टम क्वांटम क्रिटिकल पॉइंट्स के समीप की मैटेरियल्स में असामान्य व्यवहार को समझने में मदद कर सकती है और इसका उपयोग जटिलता और क्वांटम कंप्यूटिंग को समझने में किया जा सकता है।

सिलिकॉन और अन्य अच्छी तरह से अध्ययन किए गए मैटेरियल्स को व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत जैसे अच्छी तरह से स्थापित ढांचे की मदद से समझा जाता है। हालांकि, ट्रांजिशन मेटल ऑक्साइड, मैंगनेट्स, रूथिनेट्स और इरिडेट्स जैसे नए मैटेरियल्स को इन रूपरेखाओं का उपयोग करके समझना मुश्किल है। इन मैटेरियल्स के अद्वितीय गुण जैसे छोटी गड़बड़ी के प्रति संवेदनशीलता, उन्हें सेंसर, जीपीएस और मेमोरी रैम जैसे उपकरणों में उन्नत एप्लिकेशन को लेकर उम्मीद जगाते हैं।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) की एक स्वायत्त इकाई, जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर एडवांस्ड साइंटिफिक रिसर्च (जेएनसीएएसआर) के प्रोफेसर एन.एस. विद्याधिराज ने हाल ही में क्वांटम फिजिक्स में एक विशिष्ट स्थिति पर केंद्रित एक अध्ययन करने के लिए शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया, जिसे "लोकल क्वांटम क्रिटिकालिटी" नाम दिया गया। 1 मई 2023 को फिजिकल रिव्यू बी में प्रकाशित उनके अध्ययन को विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) से जुड़ी संस्था, विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान बोर्ड (एसईआरबी) द्वारा मदद प्रदान की गई थी। एसईआरबी को अब एएनआरएफ में शामिल कर लिया गया है।

प्रो. विद्याधिराज का कहना है कि क्वांटम फिजिक्स की विभिन्न विधाओं में उनका शोध मुख्य रूप से कंडेंस मैटेरियल्स में उद्भव की अवधारणा पर केंद्रित है। उन्होंने नोट किया, “मधुमक्खियों, पक्षियों और चींटियों के संगठन के साथ समानताएं देखते हुए, हम कह सकते हैं कि मैटेरियल्स में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की भविष्यवाणी व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों का अध्ययन करके नहीं की जा सकती है, बल्कि यह उनकी सामूहिक बातचीत पर निर्भर करता है। पर्यावरणीय स्थितियां जैसे तापमान, मैटेरियल्स में अंतिम क्रम निर्धारित करने में महत्वपूर्ण हैं।"

पहले का शोध वैनेडियम ऑक्साइड पर केंद्रित था, एक ऐसा मैटेरियल जो दबाव या तापमान में छोटे परिवर्तन के अधीन होने पर इन्सुलेटर से धातु में और इसके विपरीत तीव्र ट्रांजिशन से गुजरती है। अपनी चालकता में बदलाव के अलावा, तापमान, दबाव, डोपिंग और चुंबकीय क्षेत्र में छोटे बदलावों के जवाब में, वैनेडियम ऑक्साइड अपने ऑप्टिकल गुणों को भी बदल देता है, और अपारदर्शी या पारदर्शी बन जाता है।

विशेष रूप से, वर्तमान अध्ययन क्वांटम क्रिटिकल मेटल-इन्सुलेटर ट्रांजिशन्स पर केंद्रित है जो प्रकृति में स्थानीय हैं और शून्य केल्विन पर होते हैं। एक ऐसे मैटेरियल की कल्पना करें जहां कुछ इलेक्ट्रॉन घूमते हैं और उनके चरण आरेख में एक महत्वपूर्ण बिंदु से प्रभावित होते हैं। क्वांटम क्रिटिकल पॉइंट्स, जो शून्य केल्विन पर स्थित है, और जिस तक प्रयोगात्मक रूप से नहीं पहुंचा जा सकता है, सीमित तापमान और सीमित दबाव पर सिस्टम के गुणों पर परिणाम डालता है। इसलिए, इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं को एक मॉडल सिस्टम मिला जिसमें क्वांटम क्रिटिकल पॉइंट्स की एक पूरी श्रृंखला शामिल है।

इस महत्वपूर्ण व्यवहार का अध्ययन करने वाले सैद्धांतिक मॉडल को "संशोधित आवधिक एंडरसन मॉडल (एमपीएएम)" कहा जाता है। यह देखा गया है कि कुछ मामलों में, इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा के स्तर को वितरित करने का तरीका महत्वपूर्ण बिंदु पर नाटकीय रूप से बदल जाता है।

शोधकर्ताओं ने एमपीएएम में "सॉफ्ट-गैप स्पेक्ट्रम" नामक एक विशिष्ट ऊर्जा वितरण पैटर्न की खोज की, जो वास्तव में, एक तीन-कक्षीय जाली मॉडल है। यह अद्वितीय ऊर्जा वितरण एक महत्वपूर्ण बिंदु पर उभरता है जब मैटेरियल मेटल से एक इन्सुलेटर में परिवर्तित हो जाती है। एक विशिष्ट पैरामीटर जो तापमान और ऊर्जा स्तर के बीच संबंध को बताता है, अजीब तरीके से बदलता है और महत्वपूर्ण बिंदु पर तापमान-स्वतंत्र हो जाता है। इससे ही सॉफ्ट-गैप स्पेक्ट्रम का निर्माण होता है।

प्रोफेसर विद्याधिराज ने निष्कर्ष निकाला, "ये निष्कर्ष क्वांटम आलोचनात्मकता को चित्रित करने और क्वांटम महत्वपूर्ण बिंदु के समीप सामग्री में असामान्य व्यवहार को समझने में मदद कर सकते हैं। इस अध्ययन की क्षमता जटिलता और संभवतः क्वांटम कंप्यूटिंग को समझने में निहित है।"

पब्लिकेशन लिंक: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.205104

 

क्वांटम कंप्यूटिंग और उलझाव को दर्शाने वाला चित्रण

फोटो साभार: शटरस्टॉक

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