Time-reversal symmetry breaking superconductivity with electronic glass in nickelate (La, Pr, Sm)3Ni2O7 films
यह अध्ययन एपिटैक्सियली स्ट्रेन्ड (La, Pr, Sm)₃Ni₂O₇ बाइलेयर निकलेट फिल्मों में इलेक्ट्रॉनिक ग्लास डायनेमिक्स के साथ संपन्न एक अभूतपूर्व टाइम-रिवर्शल सिमेट्री ब्रेकिंग सुपरकंडक्टिंग अवस्था की खोज की रिपोर्ट करता है, जो अपरंपरागत मैग्नेटोरेसिस्टेंस हिस्टेरेसिस, शून्य-क्षेत्र गैर-पारस्परिकता (zero-field non-reciprocity), और लॉगरिदमिक रूप से धीमी प्रतिरोध रिलैक्सेशन द्वारा प्रमाणित है।
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एक बड़ी तस्वीर: एक नए प्रकार का सुपरकंडक्टर (सुपरकंडक्टिंग पदार्थ)
कल्पना कीजिए कि आपके पास एक ऐसा पदार्थ है जो बिना किसी प्रतिरोध (resistance) के बिजली का संचालन करता है। यह एक सुपरकंडक्टर है। आमतौर पर, जब किसी सुपरकंडक्टर से बिजली बहती है, तो यह एक बिल्कुल चिकनी हाईवे की तरह होता है जहाँ कारें (इलेक्ट्रॉन) बिना किसी बाधा या ऊर्जा खोए हमेशा के लिए दौड़ सकती हैं।
वैज्ञानिकों ने हाल ही में निकल (निकेलेट्स) से बने सुपरकंडक्टर्स के एक नए परिवार की खोज की है जो अपेक्षाकृत उच्च तापमान (हालांकि मानवीय मानकों के अनुसार अभी भी बहुत ठंडा) पर काम करते हैं। लेकिन इस नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पाया कि इन निकल फिल्मों के भीतर कुछ और भी अजीब घटित हो रहा है।
उन्होंने खोजा कि एक ऐसी अवस्था मौजूद है जहाँ सुपरकंडक्टर न केवल बिजली को बहने देता है, बल्कि इसमें एक गुप्त, अदृश्य "ग्लासी" (कांच जैसा) स्मृति विकसित हो जाती है जो समय की समरूपता (time symmetry) के नियमों को तोड़ती है।
तीन अजीब संकेत
शोधकर्ताओं को तीन विशिष्ट "लक्षण" मिले हैं जो साबित करते हैं कि यह अजीब नई अवस्था मौजूद है। इसे एक जासूस द्वारा अपराध स्थल पर सुराग खोजने जैसा समझें।
1. "मैग्नेटिक हैंगओवर" (हिस्टेरेसिस - Hysteresis)
उपमा: कल्पना कीजिए कि आप लंबी घास के मैदान में चल रहे हैं। यदि आप आगे बढ़ते हैं, तो घास एक तरफ झुक जाती है। यदि आप मुड़ते हैं और वापस चलते हैं, तो घास तुरंत वापस अपनी जगह पर नहीं आती; वह कुछ समय तक झुकी रहती है। आपका रास्ता इस बात पर निर्भर करता है कि आप कहाँ से आए थे।
विज्ञान: सामान्य पदार्थों में, यदि आप एक चुंबकीय क्षेत्र (magnetic field) लागू करते हैं और फिर उसे हटा देते हैं, तो पदार्थ ठीक वैसा ही हो जाता है जैसा वह पहले था। लेकिन इन निकल फिल्मों में, जब उन्होंने चुंबकीय क्षेत्र लगाया और फिर उसे शून्य तक वापस लाया, तो विद्युत प्रतिरोध उसी स्थान पर वापस नहीं गया। इसने एक "डेविएशन" (विपथन) लिया।
- महत्व: यह साबित करता है कि पदार्थ अपनी मूल अवस्था को "भूल" गया है। इसे याद है कि इसने अभी-अभी किस चुंबकीय क्षेत्र का अनुभव किया था। इसे टाइम-रिवर्सल सिमेट्री ब्रेकिंग (Time-Reversal Symmetry Breaking) कहा जाता है। सरल शब्दों में: यहाँ समय की एक दिशा है। यदि आप इलेक्ट्रॉनों के चलने के वीडियो को उल्टा करके चलाएं, तो यह आगे चलने वाले वीडियो जैसा नहीं दिखेगा।
2. "वन-वे स्ट्रीट" (नॉन-रेसिप्रोसिटी - Non-Reciprocity)
उपमा: कल्पना कीजिए कि एक गलियारा है जहाँ रसोई से लिविंग रूम तक जाना आसान है, लेकिन लिविंग रूम से रसोई तक वापस आना बहुत कठिन है। समान परिणाम पाने के लिए आपको अधिक जोर लगाना पड़ता है।
विज्ञान: शोधकर्ताओं ने फिल्म के माध्यम से दो दिशाओं में बिजली भेजी: आगे और पीछे। उन्होंने पाया कि जब कोई चुंबकीय क्षेत्र लागू नहीं किया गया था, तब भी पदार्थ बिजली के प्रवाह की दिशा के आधार पर प्रतिरोध अलग-अलग दिखाता था।
- महत्व: यह एक "सुपरकंडक्टिंग डायोड" की तरह है। यह बिजली के लिए एक वन-वे स्ट्रीट (एकतरफा रास्ता) है जो स्वतः उत्पन्न होती है। यह पुष्टि करता है कि पदार्थ के भीतर एक आंतरिक चुंबकीय संरचना है जो स्थान और समय की समरूपता को तोड़ रही है।
3. "स्लो-मोशन ग्लास" (ग्लासी डायनेमिक्स - Glassy Dynamics)
उपमा: शहद के बारे में सोचें। यदि आप शहद को हिलाते हैं और फिर रुक जाते हैं, तो यह तुरंत रुकता नहीं है। यह लंबे समय तक धीरे-धीरे, बहुत धीरे-धीरे टपकता रहता है। अब कल्पना कीजिए कि वह शहद छोटे-छोटे चुंबकों से बना है जो आपस में लड़ रहे हैं और एक अव्यवस्थित, जमी हुई स्थिति में फंस गए हैं।
विज्ञान: जब उन्होंने चुंबकीय क्षेत्र को बंद किया, तो विद्युत प्रतिरोध तुरंत स्थिर नहीं हुआ। यह घंटों तक बहुत धीरे-धीरे बदलता रहा, जो एक "लॉगैरिद्मिक" (logarithmic) पैटर्न का पालन करता है (धीमा होता गया लेकिन पूरी तरह से रुका नहीं)।
- महत्व: यह एक इलेक्ट्रॉनिक ग्लास (Electronic Glass) का लक्षण है। एक सामान्य क्रिस्टल में, परमाणु व्यवस्थित और सुव्यवस्थित होते हैं। एक "ग्लास" में, वे अव्यवस्थित और फंसे हुए होते हैं। यहाँ, इलेक्ट्रॉन स्वयं एक बिखरी हुई, जमी हुई अवस्था में फंसे हुए हैं, जो एक कांच (ग्लास) की तरह व्यवहार करते हैं।
"जादुई सामग्री": ऑक्सीजन
शोधकर्ताओं ने सामग्री के साथ एक प्रयोग किया: उन्होंने फिल्म से ऑक्सीजन परमाणुओं को धीरे-धीरे हटाया।
- परिणाम: जैसे-जैसे उन्होंने ऑक्सीजन को हटाया, सुपरकंडक्टिविटी (शून्य-प्रतिरोध वाला हाईवे) और "अजीब ग्लासी व्यवहार" (मैग्नेटिक हैंगओवर) दोनों कमजोर होते गए और अंततः गायब हो गए।
- निष्कर्ष: यह बताता है कि "ग्लासी" अवस्था और सुपरकंडक्टिविटी आपस में गहरे मित्र हैं। वे निकल परमाणुओं में मौजूद विशिष्ट इलेक्ट्रॉनों (ऑर्बिटल्स) से जुड़े हुए हैं। यदि आप ऑक्सीजन के साथ छेड़छाड़ करते हैं, तो आप सुपरकंडक्टिविटी और इस नई ग्लासी अवस्था के बीच के बंधन को तोड़ देते हैं।
यह एक बड़ी बात क्यों है?
दशकों से, वैज्ञानिक उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स (जैसे 80 के दशक में खोजी गई तांबे-आधारित सामग्री) को समझने की कोशिश कर रहे हैं। उन्हें संदेह है कि इन सामग्रियों के भीतर "चुंबकत्व" (magnetism) और "सुपरकंडक्टिविटी" के बीच युद्ध चल रहा है।
- पुरानी थ्योरी: कॉपर सुपरकंडक्टर्स में, चुंबकत्व आमतौर पर रास्ते में आता है और सुपरकंडक्टिविटी को खत्म कर देता है।
- नई खोज: इन निकल फिल्मों में, ऐसा लगता है कि "ग्लासी" चुंबकीय अवस्था वास्तव में सुपरकंडक्टिविटी को होने में मदद कर रही है। यह ऐसा है जैसे इलेक्ट्रॉनों को सुचारू रूप से यातायात चलाने के लिए एक अव्यवस्थित, जमी हुई "ग्लास" अवस्था में फंसने की आवश्यकता होती है।
मुख्य निष्कर्ष (The Takeaway)
यह शोध पत्र पदार्थ की एक नई अवस्था की खोज की रिपोर्ट करता है: एक सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रॉनिक ग्लास।
यह एक ऐसा पदार्थ है जो बिजली का पूर्ण संचालन करता है, लेकिन इसके भीतर, इलेक्ट्रॉन एक बिखरी हुई, समय को तोड़ने वाली, एकतरफा सड़क जैसी उलझन में जमे हुए हैं। यह एक ऐसे हाईवे को खोजने जैसा है जहाँ कारें पूरी गति से चलती हैं, लेकिन सड़क खुद एक अजीब, चिपचिपे जेली से बनी है जो कारों द्वारा लिए गए हर मोड़ को याद रखती है।
यह खोज वैज्ञानिकों को यह समझने की गुत्थी सुलझाने के लिए एक नया टुकड़ा देती है कि कमरे के तापमान पर सुपरकंडक्टर्स को कैसे काम करने के लिए बनाया जाए, जो हमारे पावर ग्रिड, कंप्यूटर और परिवहन में क्रांति ला सकता है।
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