आईआईटी-दिल्ली के शोधकर्ताओं ने पाया कि क्लेमेंस मॉडल की “धातुओं पर लागू होने पर महत्वपूर्ण सीमाएं हैं।” | फोटो साभार: विशेष व्यवस्था
जब आईआईटी दिल्ली की एक टीम ने हाल ही में रूटाइल ऑक्साइड नामक खनिजों के परिवार के सदस्यों की तुलना की, तो उन्हें धातुओं और इंसुलेटर के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर मिला जिसे एक ज्ञात गणितीय मॉडल समझा नहीं सका। अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स और कुशल औद्योगिक उत्प्रेरक के विकास के लिए यह समझना आवश्यक है कि यह क्यों आवश्यक है।
यद्यपि रूटाइल ऑक्साइड में एक ही क्रिस्टल संरचना होती है, टाइटेनियम डाइऑक्साइड एक इन्सुलेटर है, जबकि रूथेनियम डाइऑक्साइड एक अच्छा कंडक्टर है।
अध्ययन स्वयं एक लंबे समय से चली आ रही बहस से प्रेरित था कि क्या रूथेनियम डाइऑक्साइड में एक दुर्लभ, अपरंपरागत प्रकार का चुंबकत्व होता है जिसे अल्टरमैग्नेटिज्म कहा जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, टीम ने सामग्री के इलेक्ट्रॉनों और जाली, यानी उसके परमाणुओं के नेटवर्क के बीच बातचीत का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया।
जिस तरह फोटॉन प्रकाश ले जाते हैं, उसी तरह फोनन किसी सामग्री के माध्यम से कंपन ले जाते हैं। यह अध्ययन करके कि गर्मी जाली फ़ोनों को कैसे प्रभावित करती है, वैज्ञानिक यह देखने के लिए पीछे की ओर काम करने में सक्षम होंगे कि इलेक्ट्रॉन क्या कर रहे हैं। यदि इलेक्ट्रॉनों ने फोनन के साथ दृढ़ता से बातचीत की, तो यह डेटा में एक निश्चित संकेत छोड़ देगा।
टीम ने रमन स्कैटरिंग नामक तकनीक का इस्तेमाल किया। उन्होंने सामग्रियों पर एक लेज़र की ओर इशारा किया और मापा कि कंपन करने वाले परमाणुओं से परावर्तित होने पर प्रकाश कैसे बदल गया। साथ ही, उन्होंने नमूनों को कमरे के तापमान से -262.15°C तक ठंडा किया।
आईआईटी-दिल्ली के सहायक प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक कौशिक सेन ने कहा, “सभी माप आईआईटी-दिल्ली द्वारा विकसित कम तापमान वाले रमन स्कैटरिंग सुविधा का उपयोग करके किए गए थे, जो तुलनीय वाणिज्यिक प्रणालियों की लागत से लगभग एक तिहाई पर बनाया गया था।”
जैसे-जैसे अधिकांश सामग्रियां ठंडी होती हैं, जाली सख्त हो जाती है और कंपन तेज हो जाता है। इंसुलेटर में, यह लाभ क्लेमेंस मॉडल नामक एक प्रसिद्ध गणितीय नियम का पालन करता है। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि रूटाइल मेटल ऑक्साइड की जाली अधिक कठोर हो गई है, और क्लेमेंस मॉडल यह नहीं बता सका कि ऐसा क्यों हुआ।
डॉ. सेन ने कहा, “हालांकि क्लेमेंस मॉडल का दशकों से सफलतापूर्वक उपयोग किया जा रहा है, हम दिखाते हैं कि धातुओं पर लागू होने पर इसकी महत्वपूर्ण सीमाएं हैं।”
परिणाम प्रकाशित किए गए थे शारीरिक समीक्षा बी.
जबकि एक इन्सुलेटर में परमाणु केवल रासायनिक बंधनों की कठोरता के कारण कंपन करते हैं, धातु में परमाणु इलेक्ट्रॉनों के एक समुद्र से घिरे होते हैं जो उन्हें आकर्षित करते हैं। टीम ने पाया कि जैसे ही धातुएं ठंडी होती हैं, इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं में पुनर्व्यवस्थित हो जाते हैं, जिससे परमाणुओं के बीच वोल्टेज बदल जाता है और इस प्रकार जाली का कंपन बदल जाता है।
डॉ. सेन ने कहा, “अध्ययन दर्शाता है कि कैसे रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी इलेक्ट्रॉन-फोनन इंटरैक्शन के हस्ताक्षरों की पहचान कर सकती है जो सुपरकंडक्टिविटी जैसी घटनाओं में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।”
प्रकाशित – 1 जुलाई 2026, 08:00 ईएसटी।
