बेहतर कंप्यूटर की तलाश में लेज़र खरबों बार परमाणुओं पर हमला करता है

दुनिया लगातार तेज़ और अधिक कुशल कंप्यूटर की तलाश में है। चूँकि आज की तकनीक ने इस उद्देश्य के लिए विद्युत धारा का उपयोग लगभग अधिकतम कर दिया है, वैज्ञानिक आगे की ओर देख रहे हैं। सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक जो हमारी आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है उसे स्ट्रेन इंजीनियरिंग कहा जाता है: यह किसी सामग्री के गुणों को बदलने के लिए परमाणु स्तर पर यांत्रिक दबाव का उपयोग करता है।

अर्थात्, परमाणुओं के एक नेटवर्क, जिसे जाली कहा जाता है, को भौतिक रूप से निचोड़कर या खींचकर, वैज्ञानिक किसी सामग्री के बिजली संचालित करने या चुंबकीय जानकारी संग्रहीत करने के तरीके को बदल सकते हैं।

हालाँकि, अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों के लिए आवश्यक गति प्राप्त करने के लिए, ये यांत्रिक परिवर्तन प्रति सेकंड खरबों बार या टेराहर्ट्ज़ (THz) आवृत्तियों पर होने चाहिए।

धातुओं के उच्च-आवृत्ति विरूपण के विकास में एक बड़ी चुनौती मुक्त इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार है। जब किसी धातु पर तेज लेजर पल्स से प्रहार किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को अवशोषित कर लेते हैं। अधिकांश धातुओं में, ये इलेक्ट्रॉन इतनी तेजी से चलते हैं कि पल्स द्वारा स्थानीयकृत यांत्रिक बल लगाने से पहले ही वे पूरे पदार्थ में ऊर्जा वितरित कर देते हैं। यह डेलोकलाइज़ेशन उच्च-आवृत्ति तनाव तरंगों के निर्माण को रोकता है।

विशेष रूप से, स्पिंट्रोनिक्स जैसे उन्नत अनुप्रयोगों के लिए THz आवृत्ति कंपन की आवश्यकता होती है, एक ऐसा क्षेत्र जो डेटा को संग्रहीत करने और स्थानांतरित करने के लिए उनके चार्ज के बजाय इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय स्पिन का उपयोग करता है।

“इससे हमें आश्चर्य हुआ”

फ्रांस, जर्मनी और स्वीडन के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन जर्नल में प्रकाशित हुआ प्राकृतिक संचारTHz तरंगों को प्रेरित करने के लिए लेजर पल्स का उपयोग करने की एक विधि की सूचना दी। शोधकर्ताओं ने एक सुपरलैटिस का उपयोग किया: प्लैटिनम और तांबे के परमाणु बारी-बारी से परतों में व्यवस्थित होते हैं, प्रत्येक परत कुछ नैनोमीटर मोटी होती है। उन्होंने इन धातुओं को उनके विपरीत इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण चुना: प्लैटिनम बड़ी मात्रा में इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा धारण कर सकता है, जबकि तांबा इलेक्ट्रॉनों को तेज़ी से स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

अल्ट्राफास्ट एक्स-रे विवर्तन का उपयोग करते हुए, टीम ने लेजर पल्स के बाद वास्तविक समय में परमाणुओं को घूमते हुए देखा। और उन्होंने पाया कि वे परमाणुओं को 1% के तनाव आयाम के साथ 1 THz की आवृत्ति पर सुसंगत रूप से कंपन कर सकते हैं। अर्थात्, परमाणु अपनी मूल स्थिति से औसतन 1% स्थानांतरित हो गए हैं। ये बड़ा माना जाता है.

महत्वपूर्ण बात यह है कि टीम ने पाया कि प्रेरक शक्ति इलेक्ट्रॉन दबाव है, गर्मी नहीं। जब लेज़र प्लैटिनम परतों से टकराया, तो इलेक्ट्रॉनों ने ऊर्जा प्राप्त की और तुरंत परमाणु जाली पर भौतिक दबाव डाला।

“इसने हमें आश्चर्यचकित कर दिया। दोलन गर्म जाली के दबाव के कारण नहीं होते हैं, बल्कि इलेक्ट्रॉनों के दबाव के कारण होते हैं, विशेष रूप से प्लैटिनम परतों में,” अल्ट्राफास्ट एक्स-रे विवर्तन प्रदान करने वाली सुविधा यूरोपीय एक्सएफईएल के जान-एटिने पौडेल ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा।

अध्ययन में पाया गया कि इलेक्ट्रॉन दबाव प्रमुख और उभरता हुआ तंत्र है जिसका उपयोग परमाणुओं को जल्दी से गति में “सेट” करने के लिए किया जा सकता है।

नैनोसंरचित सामग्री

यह खोज थर्मोकॉस्टिक मेटामटेरियल्स के व्यापक क्षेत्र में एक सफलता है। ये नैनोसंरचित सामग्रियां हैं जिन्हें प्रकृति में नहीं पाए जाने वाले तरीकों से ध्वनि और गर्मी में हेरफेर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अध्ययन से यह भी पता चला कि ये प्रभाव स्पटरिंग द्वारा निर्मित सामग्रियों में प्राप्त किए जा सकते हैं। स्पटर कोटिंग एक मानक औद्योगिक प्रक्रिया है जिसका उपयोग माइक्रोचिप्स से लेकर ग्लास तक हर चीज को कोट करने के लिए किया जाता है। तथ्य यह है कि लागत प्रभावी और स्केलेबल विनिर्माण का उपयोग करके थर्मोकॉस्टिक मेटामटेरियल्स का उत्पादन किया जा सकता है, यह बताता है कि प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला से कारखाने के फर्श तक अपेक्षाकृत तेज़ी से जा सकती है।