छोटा सोना क्रिस्टल कहता है 'नहीं धन्यवाद' एब्सोल्यूट ज़ीरो को, क्वांटम टेक लाता है कमरे के तापमान पर

क्वांटम मटेरियल तकनीकी दुनिया के सबसे होनहार और साथ ही सबसे निराश करने वाले मेहमान रहे हैं: वे अविश्वसनीय क्षमताओं के साथ आते हैं, लेकिन केवल तभी जब आप उन्हें एब्सोल्यूट ज़ीरो के करीब जमा देते हैं। कमरे के तापमान पर, गर्मी परमाणुओं को कैफीन-ईंधन वाली भीड़ की तरह कंपकपी देती है, जिससे नाजुक क्वांटम प्रभाव बिगड़ जाते हैं जिन्हें हर कोई नियंत्रित करने की कोशिश कर रहा है। इसका मतलब रहा है विशाल क्रायोजेनिक प्रशीतन प्रणाली - महंगी, भारी, और रोज़मर्रा के उपकरणों के लिए उतनी ही व्यावहारिक जितना एक निजी स्नोप्लो।

लेकिन अब, LSU के भौतिकविदों ने पार्टी में धमाका किया है पहले कमरे के तापमान वाले क्वांटम मटेरियल के साथ जो प्रकाश की अलग-अलग क्वांटम अवस्थाओं को पहचान और परिवहन कर सकता है। यह सफलता, नेचर में प्रकाशित, क्वांटम मटेरियल अनुसंधान की सबसे बड़ी बाधा को दूर करती है: अत्यधिक ठंड की आवश्यकता।

एसोसिएट प्रोफेसर ओमर एस. मगाना-लोइज़ा के नेतृत्व में, टीम ने सिर्फ एक नई सामग्री पर ठोकर नहीं खाई; उन्होंने इसे शुरू से इंजीनियर किया। चेंगलोंग यू, जो पूर्व पोस्टडॉक हैं और अब चीन के यूनिवर्सिटी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक साइंस एंड टेक्नोलॉजी में हैं, रोमांचित थे जब अजीब डिज़ाइन ने बिल्कुल वैसा ही काम किया जैसा भविष्यवाणी की गई थी: "इस परियोजना के सबसे रोमांचक हिस्सों में से एक यह महसूस करना था कि हम एक ऐसी सामग्री बना सकते हैं जो प्रकृति अपने आप प्रदान नहीं करती। इसे बिल्कुल वैसे ही काम करते देखना जैसा हमने भविष्यवाणी की थी, अविश्वसनीय रूप से संतोषजनक था।"

यहाँ नुस्खा है: एक ग्लास चिप लें, उस पर सोने की एक पतली परत चढ़ाएँ, और केंद्रित आयन बीम का उपयोग करके सैकड़ों छोटे स्लिट बनाएँ। प्रत्येक स्लिट एक कृत्रिम परमाणु, या 'मेटा-एटम' की तरह कार्य करता है, और साथ में वे एक मानव बाल से पतला क्रिस्टल बनाते हैं - प्रकृति ने ऐसा कभी नहीं बनाया। जब प्रकाश चिप से टकराता है, तो यह इन मेटा-एटम्स के साथ संपर्क करता है, और उनके आकार, आकृति और अंतराल को समायोजित करके, टीम नियंत्रित करती है कि सामग्री प्रकाश पर कैसे प्रतिक्रिया करती है। परिणाम? प्रकाश हेरफेर जो पहले कभी कमरे के तापमान पर हासिल नहीं हुआ।

रिले बी. डॉकिन्स, जिन्होंने अभी-अभी अपनी पीएचडी पूरी की है और NIST में NRC पोस्टडॉक्टोरल रिसर्च एसोसिएट के रूप में जा रहे हैं, बताते हैं: "प्लास्मोनिक मेटाक्रिस्टल में मेटा-एटम्स के वितरण को इंजीनियर करके, हम व्यवस्थित रूप से यह निर्धारित कर सकते हैं कि कौन से क्वांटम सांख्यिकी संरचना से गुजरने की अनुमति है। तो, हमारा क्रिस्टल अनिवार्य रूप से क्वांटम अवस्थाओं पर एक सांख्यिकीय फिल्टर के रूप में कार्य करता है।"

मेटाक्रिस्टल सिर्फ बैठता नहीं है; यह प्रकाश की विभिन्न क्वांटम अवस्थाओं को छाँटता है। सूरज की रोशनी, लेजर प्रकाश, और फ्लोरोसेंट प्रकाश सभी में अलग-अलग फोटॉन व्यवहार होते हैं, और उन्हें अलग करने के लिए आमतौर पर जटिल उपकरण, क्रायोजेनिक डिटेक्टर और लाखों मापों की आवश्यकता होती है। यह क्रिस्टल इसे अपने आप करता है, विभिन्न क्वांटम अवस्थाओं को अलग-अलग मार्गों पर निर्देशित करता है जबकि उनके सांख्यिकी को संरक्षित करता है - एक चाल जिसे 'मजबूत परिवहन' कहा जाता है। जैसा कि मगाना-लोइज़ा कहते हैं: "ये क्वांटम अवस्थाएँ जानकारी ले जाती हैं। हमारा क्रिस्टल उन्हें अलग कर सकता है और उन्हें एक बिंदु से दूसरे तक मजबूत तरीके से ले जा सकता है बिना क्रायोजेनिक कूलिंग की आवश्यकता के। यही व्यावहारिक क्वांटम तकनीकों का द्वार खोलता है।"

यह पहला कमरे के तापमान वाला क्वांटम मटेरियल है जो कई-शरीर प्रणालियों में क्वांटम सुसंगतता के प्रति स्वाभाविक रूप से संवेदनशील है - यह एक बड़ी बात है, क्योंकि सुसंगतता बनाए रखना कुख्यात रूप से कठिन है।

टीम ने एक नया शब्द भी गढ़ा: 'क्वांटम सांख्यिकीय प्लास्मोनिक मेटाक्रिस्टल'। उन्होंने 'क्वांटम सांख्यिकीय बैंड' भी खोजे, जो अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचनाओं की तरह काम करते हैं लेकिन प्रकाश की क्वांटम अवस्थाओं को नियंत्रित करते हैं। मेटा-एटम्स को पुनर्व्यवस्थित करके, शोधकर्ता चुन सकते हैं कि कौन सी अवस्थाएँ अपरिवर्तित गुजरती हैं। यह डिज़ाइन ब्लूप्रिंट क्वांटम मटेरियल के एक पूरे परिवार को जन्म दे सकता है बिना उन्हें प्रकृति में खोजने की आवश्यकता के।

कमरे के तापमान पर काम करना इसे प्रयोगशालाओं से परे प्रासंगिक बनाता है: क्वांटम कंप्यूटर विशाल कूलिंग सिस्टम के बिना सिकुड़ सकते हैं, क्वांटम संचार नेटवर्क अधिक व्यावहारिक हो सकते हैं, और सेंसर अधिक संवेदनशील हो सकते हैं। इसके अलावा, सामग्री सौर कोशिकाओं को बढ़ावा दे सकती है, प्रकाश को स्थिर मार्गों पर मार्गदर्शन करके, गर्मी के रूप में ऊर्जा हानि को रोकती है। टीम अगले चरण में मेटाक्रिस्टल को सौर कोशिकाओं में एकीकृत करके इसका परीक्षण करने की योजना बना रही है।

यह काम अमेरिकी ऊर्जा विभाग, बेसिक एनर्जी साइंसेज कार्यालय, डिवीजन ऑफ एम द्वारा वित्त पोषित था