وعدہ کرنے والا کوانٹم اسپن مائع امیدوار کم پڑ سکتا ہے۔

کوانٹم اسپن مائعات (QSLs) – ایسے مواد جو کسی مقناطیسی ترتیب کو ظاہر نہیں کرتے، یہاں تک کہ کم ترین درجہ حرارت پر بھی – کو کنڈینسڈ میٹر فزکس کے لیے بڑے پیمانے پر اہم ٹیسٹ بیڈز کے طور پر شمار کیا جاتا ہے۔ الیکٹران الیکٹران کے تعاملات جو ان کی خصوصیت رکھتے ہیں اعلی درجہ حرارت والے "غیر روایتی" سپر کنڈکٹرز میں ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں، اور QSL خود انفارمیشن ٹیکنالوجی اور کوانٹم کمپیوٹنگ میں امید افزا ایپلی کیشنز رکھتے ہیں۔

صرف ایک مسئلہ ہے: یہ ثابت کرنا بہت مشکل ہے کہ اس طرح کے مواد موجود ہیں، اور جرمنی کی یونیورسٹی آف اسٹٹگارٹ کے ماہرین طبیعیات کی نئی تحقیق نے اب مزید امید افزا امیدواروں میں سے ایک پر شک پیدا کر دیا ہے۔ ایک براڈ بینڈ الیکٹران اسپن گونج (ESR) سپیکٹروسکوپی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے جو انہوں نے خود تیار کی، محققین نے الٹرا کولڈ درجہ حرارت پر کرسٹل میں مختلف سمتوں کے ساتھ الیکٹران اسپن کے رویے کا مطالعہ کیا۔ ان کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایک کلیدی QSL دستخط - الیکٹران اسپن حوصلہ افزائی کا ایک خلا سے پاک سپیکٹرم - ایک ایسے مواد میں غائب ہے جسے پہلے QSL ہونے کا قوی امکان سمجھا جاتا تھا۔

پیش گوئی شدہ سلوک

آنجہانی ماہر طبیعیات اور نوبل انعام یافتہ فلپ ڈبلیو اینڈرسن نے 1970 کی دہائی کے اوائل میں ایک تکونی کرسٹل جالی میں اینٹی فیرو میگنیٹیکل طور پر تعامل کرنے والے اسپنز (مقناطیسی لمحات) کی زمینی حالت کا مطالعہ کرتے ہوئے QSLs کے وجود کی تجویز پیش کی۔ اس جیومیٹری میں، کوئی بھی دو پڑوسی گھماؤ مخالف سمتوں میں سیدھ میں لا سکتے ہیں، لیکن تیسرا ہمیشہ ان میں سے ایک کے متوازی رہے گا اور دوسرے کے نہیں – اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ گھماؤ کس طرح سے موڑ دیا گیا ہے۔

یہ صورت حال، جسے "جیومیٹریکل فرسٹریشن" کے نام سے جانا جاتا ہے، اس کا مطلب یہ ہے کہ تینوں میں سے ایک اسپن کو جوڑا نہیں ہونا چاہیے، اور اس طرح جالی میں ایک خرابی پیدا ہو جاتی ہے۔ اس سے یہ بھی ظاہر ہوتا ہے کہ اس ڈھانچے کے ساتھ مواد کو ایک عام اینٹی فیرو میگنیٹ سے بہت مختلف انداز میں برتاؤ کرنا چاہئے جس میں گھومنے والے متبادل انداز میں "اوپر" اور "نیچے" کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔

کوانٹم میکینکس اس (لفظی) مایوس کن مسئلہ کو یہ تجویز کرکے حل کرتا ہے کہ گھماؤ کی سمت بندی سخت نہیں ہے۔ اس کے بجائے، گھماؤ سیال کی طرح سمت میں مسلسل تبدیلیاں کر رہے ہیں، اسپن اپس اور اسپن-ڈاؤنز کا ایک الجھا ہوا جوڑا بنا رہے ہیں۔ اس طرز عمل کی بدولت، اس ڈھانچے کے ساتھ ایک مادّہ مائع حالت میں رہے گا یہاں تک کہ مطلق صفر کے قریب درجہ حرارت پر، جہاں زیادہ تر مواد ٹھوس جم جاتا ہے۔ اس کا مزید نتیجہ یہ ہے کہ آزادانہ طور پر حرکت کرنے والے اسپن کی حوصلہ افزائی، یا اسپننز کو دھات میں الیکٹرانوں کے (غیر چارج شدہ) ینالاگ کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے۔

امید افزا امیدوار

ابھی تک، اینڈرسن کے معیار پر پورا اترنے کے لیے امیدواروں کے طور پر صرف چند اصلی مواد پیش کیے گئے ہیں۔ ایک امید افزا مثال کیمیائی فارمولہ k-(BEDT-TTF) کے ساتھ ایک پیچیدہ نامیاتی چارج ٹرانسفر نمک ہے۔₂Cu₂(CN)₃. تاہم، اس کی زمینی حالت کی خصوصیات حیران کن ہیں، اور کئی جدید تکنیکوں - بشمول مقناطیسی ٹارک، میوون اسپن گردش (mSR)، تھرمل ٹرانسپورٹ، مخصوص حرارت اور جوہری مقناطیسی گونج (NMR) کی پیمائش کرنے والے طریقے - نے متضاد نتائج اخذ کیے ہیں۔

کے مطابق مارٹن ڈریسل، جس نے نئے مطالعہ کی قیادت کی، الجھن پیدا ہوتی ہے کیونکہ انتہائی کم درجہ حرارت پر الیکٹران اسپن کی خصوصیات کی پیمائش کرنا بہت مشکل ہے - خاص طور پر مختلف کرسٹل سمتوں کے ساتھ اور متغیر مقناطیسی شعبوں میں۔ اس نے اور ان کے ساتھیوں نے جو نئی براڈ بینڈ ESR سپیکٹروسکوپی تکنیک تیار کی ہے اس سے اس طرح کی پیمائش ممکن ہو جاتی ہے کیونکہ یہ کسی بھی قسم کے غیر جوڑ مقناطیسی لمحات کے لیے حساس ہے۔

ڈریسل اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ انفرادی ایٹموں یا مالیکیولز کے گھماؤ بیرونی مقناطیسی میدان میں ترجیحی واقفیت رکھتے ہیں۔ جب اس کی ٹیم زیر مطالعہ مواد پر وقت کے لحاظ سے مائیکرو ویو الیکٹرک فیلڈ لگاتی ہے، تو مائیکرو ویوز گھماؤ کا سبب بنتی ہیں۔ یہ گردش تعدد اور معیار کے ساتھ ایک گونج کو جنم دیتی ہے جو گھماؤ کی مقامی خصوصیات میں اہم بصیرت پیدا کرتی ہے۔

گھماؤ کے خلاء ابھرتے ہیں۔

جب طبیعیات دانوں نے k- (BEDT-TTF) کے نمونے پر اپنی تکنیک کا تجربہ کیا۔₂Cu₂(CN)₃، انہوں نے پایا کہ 6 K پر، مواد کے گھماؤ اپنے آپ کو ایک عام اینٹی فیرو میگنیٹ کے اوپر نیچے پیٹرن میں ترتیب نہیں دیتے ہیں - لیکن نہ ہی وہ مائع سے مشابہہ متحرک حالت بناتے ہیں۔ اس کے بجائے، گھماؤ کے جوڑوں میں مختلف توانائیاں ہوتی ہیں، جو اسپن کی حوصلہ افزائی کے سپیکٹرم میں ایک "خلا" بناتے ہیں۔ اس فرق کا مطلب ہے کہ k-(BEDT-TTF)₂Cu₂(CN)₃ ڈریسل کا کہنا ہے کہ آخر کار QSL نہیں ہوسکتا ہے۔

نئے نتائج حالیہ تھرمل چالکتا کی پیمائش کے مطابق ہیں جس نے ایک اور QSL امیدوار، b′-EtMe میں اسی طرح کے اسپن فرق کی نشاندہی کی ہے۔₃Sb[Pd(dmit)₂]₂. "غیر نامیاتی QSL امیدوار ہربرٹسمتھائٹ، ZnCu کے لیے اسپن کے خراب اثرات کی بھی توقع کی جاتی ہے۔₃(اوہ)₆Cl₂، جس میں 5-10٪ Cu اور Zn ایٹم تصادفی طور پر کرسٹل جالی میں پوزیشنوں کا تبادلہ کرتے ہیں،" مطالعہ کے شریک مصنف کہتے ہیں آندریج پوسٹوگو, جو اب پر ہے ویانا یونیورسٹی آف ٹکنالوجی، آسٹریا

کوانٹم اسپن مائع امیدوار دباؤ میں ایک سپر کنڈکٹر بن جاتا ہے۔

محققین کے مطابق، جو اپنے نتائج پیش کرتے ہیں۔ سائنساس طرح کے نقائص درحقیقت تمام کوانٹم سپن سسٹمز کی کم درجہ حرارت کی مقناطیسی خصوصیات کے لیے اہم ثابت ہو سکتے ہیں جن میں مقناطیسی ترتیب کی کمی ہے۔ درحقیقت، اب صرف چند کیو ایس ایل امیدوار ہیں جن میں اسپن کا فرق کسی شک سے بالاتر ثابت نہیں ہوا، وہ بتاتے ہیں۔ وہ لکھتے ہیں کہ براڈ بینڈ کم درجہ حرارت کی ESR سپیکٹروسکوپی جو انہوں نے تیار کی ہے "ان اور متعلقہ مسائل سے نمٹنے کے لیے ایک ورسٹائل ٹول فراہم کرتی ہے"۔

"کوئی تجرباتی تمباکو نوشی بندوق نہیں"

Pustogow خبردار کرتا ہے کہ ان کے نتائج کا مطلب یہ نہیں ہے کہ ان غیر QSL مواد میں گھماؤ معلومات کی منتقلی یا ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ وہ یہ بھی کہتا ہے کہ دیگر مواد ابھی بھی ابھر سکتے ہیں جو ایک حقیقی QSL کو محسوس کر سکتے ہیں۔ "ان میں، کسی کو اسپن جالی کے جوڑے کے ناپسندیدہ اثرات کو دبانے کے بارے میں سوچنا پڑے گا (جس میں اسپن کے جوڑے بنتے ہیں اور جالیوں کو مسخ کر دیتے ہیں) جو اسپن کے جوش کی حرکت کو ناممکن بنا دیتے ہیں،" وہ بتاتا ہے۔ طبیعیات کی دنیا.

چنگ منگ ژانگ کی بیجنگ میں چینی اکیڈمی آف سائنسز, جو اس کام میں شامل نہیں تھا، امید کرتا ہے کہ نئی تکنیک کو درحقیقت دوسرے QSL امیدواروں کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ "QSLs کے لیے ایک تجرباتی ملٹی چیک ایک عام اور بنیادی طور پر اہم عمل ہے، کیونکہ سپر کنڈکٹرز کے برعکس، اس مرحلے پر QSLs کے لیے کوئی تجرباتی سگریٹ نوشی نہیں ہے،" وہ کہتے ہیں۔

ماخذ: https://physicsworld.com/a/promising-quantum-spin-liquid-candidate-may-fall-short/