एक मोड़ के साथ स्कैनिंग जांच इलेक्ट्रॉन के तरंगीय व्यवहार को देखती है

जब स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप 1980 के दशक में इसकी शुरुआत हुई, जिसका परिणाम नैनोटेक्नोलॉजी और क्वांटम-डिवाइस अनुसंधान में विस्फोट था। तब से, अन्य प्रकार के स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप विकसित किए गए हैं और साथ में उन्होंने शोधकर्ताओं को इलेक्ट्रॉन परिवहन के सिद्धांतों को विकसित करने में मदद की है। लेकिन ये तकनीकें एक ही बिंदु पर इलेक्ट्रॉनों की जांच करती हैं, जिससे उन्हें कणों के रूप में देखा जाता है और केवल अप्रत्यक्ष रूप से उनकी तरंग प्रकृति को देखा जाता है। अब, इज़राइल में वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के शोधकर्ताओं ने एक नई स्कैनिंग जांच - क्वांटम ट्विस्टिंग माइक्रोस्कोप - बनाई है जो सीधे इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम तरंग विशेषताओं का पता लगाती है।

"यह प्रभावी रूप से एक स्कैनिंग जांच टिप है जिसके शीर्ष पर एक इंटरफेरोमीटर है," कहते हैं शाहल इलानी, टीम लीडर. शोधकर्ताओं ने एक स्कैनिंग जांच टिप को अल्ट्राथिन ग्रेफाइट, हेक्सागोनल बोरान नाइट्राइड और ग्राफीन जैसे वैन डेर वाल्स क्रिस्टल के साथ ओवरले किया, जो लगभग 200 एनएम के सपाट शीर्ष के साथ एक तम्बू की तरह टिप पर आसानी से फ्लॉप हो जाता है। सपाट सिरा डिवाइस के इंटरफेरोमीटर फ़ंक्शन की कुंजी है। नमूने और टिप में एक बिंदु के बीच एक इलेक्ट्रॉन सुरंग बनाने के बजाय, इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन एक साथ कई बिंदुओं पर सुरंग बना सकता है।

"काफ़ी आश्चर्यजनक रूप से हमने पाया कि सपाट सिरा स्वाभाविक रूप से घूमता है ताकि यह हमेशा नमूने के समानांतर रहे," कहते हैं जॉन बिर्कबेक, इस कार्य का वर्णन करने वाले एक पेपर के संबंधित लेखक। यह सौभाग्य की बात है क्योंकि किसी भी झुकाव से सुरंग बनाने की दूरी बदल जाएगी और इस प्रकार पठार के एक तरफ से दूसरी तरफ मजबूती आ जाएगी। बिर्कबेक कहते हैं, "यह इन सुरंग पथों का हस्तक्षेप है, जैसा कि मापी गई धारा में पहचाना जाता है, जो डिवाइस को इसकी अद्वितीय क्वांटम-वेव जांच फ़ंक्शन देता है।"

डबल-स्लिट प्रयोग

यह हस्तक्षेप प्रसिद्ध यंग के डबल-स्लिट प्रयोग की तरह, दो स्लिट वाली स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉनों को फायर करने के प्रभाव के अनुरूप है। एरेज़ बर्ग समझाता है. बर्ग, साथ में एडी स्टर्न, बिंगहाई यान और युवल ओरेग नए उपकरण की सैद्धांतिक समझ का नेतृत्व किया।

यदि आप मापते हैं कि कण किस स्लिट से होकर गुजरता है - जैसा कि अन्य स्कैनिंग जांच तकनीकों के माप के साथ होता है - तरंग व्यवहार खो जाता है और आप केवल कण देखते हैं। हालाँकि, यदि आप कण को ​​उसकी क्रॉसिंग स्थिति के साथ गुजरने के लिए छोड़ देते हैं, तो दो उपलब्ध रास्ते रचनात्मक और विनाशकारी हस्तक्षेप का एक पैटर्न उत्पन्न करते हैं, जैसे तरंगें जो एक तालाब में एक साथ गिराए गए दो कंकड़ से निकलती हैं।

बर्ग कहते हैं, "चूंकि इलेक्ट्रॉन केवल सुरंग बना सकता है जहां इसकी गति जांच और नमूने के बीच मेल खाती है, डिवाइस सीधे इस पैरामीटर को मापता है, जो सामूहिक इलेक्ट्रॉन व्यवहार को समझाने वाले सिद्धांतों के लिए महत्वपूर्ण है।"

वास्तव में उपलब्ध सुरंग मार्गों के हस्तक्षेप का उपयोग करके एक इलेक्ट्रॉन की गति को मापने का विचार किसके काम से आया है 1990 के दशक में कैल्टेक में जिम आइज़ेंस्टीन. हालाँकि, वीज़मैन के शोधकर्ताओं ने दो विस्फोटक विकासों की बदौलत कुछ प्रमुख नवाचारों के साथ चीजों को कई गियर में आगे बढ़ाया है। ये हैं ग्राफीन का पृथक्करण समान परमाणु रूप से पतले वैन डेर वाल्स क्रिस्टल में अनुसंधान को प्रेरित करना; और उसके बाद प्रयोगात्मक रूप से एक मोड़ के प्रभाव देखे गए स्तरित वैन डेर वाल्स सामग्री के अभिविन्यास में।

जब एक मोड़ के साथ स्तरित किया जाता है, तो ग्राफीन जैसी सामग्री एक मोइरे जाली बनाती है, इसलिए इसका नाम वस्त्रों के नाम पर रखा गया है, जहां कपड़े की जाली थोड़ी सी अनियमित होती है और आपकी आंखों पर अजीब प्रभाव डालती है। इन मोइरे 2डी सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों को इस अतिरिक्त कृत्रिम मोइरे जाली की क्षमता के अधीन किया जाता है, जिसकी अवधि मोड़ कोण द्वारा निर्धारित होती है। इसलिए क्वांटम ट्विस्टिंग माइक्रोस्कोप पर एक पीजोइलेक्ट्रिक रोटेटर का उपयोग करके वैन डेर वाल्स क्रिस्टल की दो परतों के बीच सापेक्ष कोणों के माध्यम से घुमाने से, पहले इस्तेमाल किए गए चुंबकीय क्षेत्रों की तुलना में गति में बहुत व्यापक रेंज को मापना संभव हो जाता है, साथ ही साथ कई की खोज करना भी संभव हो जाता है। अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटनाएँ भी। नैटी डिवाइस विभिन्न वैन डेर वाल्स क्रिस्टल और अन्य क्वांटम सामग्रियों की एक श्रृंखला का अध्ययन करना भी आसान बनाता है।

समस्या से समाधान तक

ट्विस्ट प्रभावों की खोज के बाद, लोग विभिन्न ट्विस्ट कोणों पर सामग्रियों के साथ प्रयोग करने के इच्छुक थे। हालाँकि उन्हें प्रत्येक मोड़ कोण के लिए प्रत्येक उपकरण को नए सिरे से तैयार करने की श्रमसाध्य प्रक्रिया से गुजरना पड़ा। यद्यपि कोणों के माध्यम से मोड़ना एक एकल उपकरण के माध्यम से संभव हो गया था, मोड़ कुछ निश्चित कोणों पर लॉक हो जाता है, जहां मूल रूप से प्रयोग के लिए खेल खत्म हो गया है। क्वांटम ट्विस्टिंग माइक्रोस्कोप में टिप पर परमाणु रूप से पतली सामग्री में टिप किनारों के साथ-साथ अंत में भी मजबूत आसंजन होता है, जिससे नेट बल आसानी से जांच और नमूने की दो वैन डेर वाल क्रिस्टल परतों के बीच आकर्षण से अधिक हो जाते हैं, यहां तक ​​कि इनके लिए भी सबसे आकर्षक मोड़ कोण. यह इस तरह की निर्माण संबंधी चुनौतियाँ थीं जिनसे निपटने के लिए वीज़मैन शोधकर्ताओं ने मूल रूप से योजना बनाई थी।

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मुड़ ग्राफीन अग्रणी कोरी डीन, जो इस शोध में शामिल नहीं थे, बताते हैं कि कैसे ट्विस्टेड लेयर सिस्टम की कुछ सबसे विस्तृत समझ उन पर स्कैनिंग जांच से आ रही है। इस तरह प्रत्येक क्षेत्र को उसके अनूठे यद्यपि अनियंत्रित मोड़ के साथ पहचाना जा सकता है और उसे अपने उपकरण के रूप में माना जा सकता है। कोलंबिया विश्वविद्यालय में कार्यरत डीन कहते हैं, "वीज़मैन दृष्टिकोण में, उन्होंने वास्तव में रचनात्मक नई दिशा में यह कदम उठाया है जहां मोड़ कोण नियंत्रण और स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण एक ही मंच में एकीकृत हैं।" "यह विचार, कि उपकरण भी उपकरण है, संघनित पदार्थ प्रणालियों में एक दुर्लभ और रोमांचक संयोजन है।" उन्होंने इस बात पर भी प्रकाश डाला कि यह उपकरण ट्विस्टेड लेयर सिस्टम तक सीमित नहीं है।

इलानी अपनी टीम के आविष्कार के बारे में कहते हैं, "सच कहूं तो हर हफ्ते हम एक नए प्रकार के माप की खोज करते हैं जिसे आप क्वांटम ट्विस्टिंग माइक्रोस्कोप के साथ कर सकते हैं - यह एक बहुत ही बहुमुखी उपकरण है"। उदाहरण के लिए, शोधकर्ता दबाव के प्रभावों का पता लगाने के लिए टिप को नीचे भी दबा सकते हैं, जिससे वैन डेर वाल्स परतों के बीच की दूरी कम हो जाती है। बिर्कबेक कहते हैं, "दबाव के साथ 2डी सामग्रियों पर प्रयोग किए गए हैं, जादुई कोण ग्राफीन के संदर्भ में भी," क्योंकि वह कम तापमान पर डूबे तेल कक्षों में पिस्टन के प्रयोगों को संदर्भित करते हैं जिन्हें प्रत्येक दबाव मूल्य के लिए खरोंच से रीसेट करने की आवश्यकता होती है। “हम क्वांटम ट्विस्टिंग माइक्रोस्कोप के साथ तुलनीय दबाव तक पहुंच गए हैं, लेकिन अब इसे जल्दी और लगातार ट्यून करने की क्षमता के साथ साइट पर".

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/scanning-probe-with-a-twist-observes-electrons-wavelike-behaviour/