वैज्ञानिक लंबे समय से चले आ रहे भौतिकी रहस्य की जांच के लिए बजट तकनीक का उपयोग करते हैं

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 प्रसिद्ध गणितीय मॉडल समझा नहीं सका। यह समझना कि अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स और कुशल औद्योगिक उत्प्रेरक को डिजाइन करने के लिए एक आवश्यक अग्रदूत क्यों है।

जबकि रूटाइल ऑक्साइड में समान क्रिस्टल संरचना होती है, टाइटेनियम डाइऑक्साइड एक इन्सुलेटर है जबकि रूथेनियम डाइऑक्साइड एक अच्छा कंडक्टर है।

यह 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। इसे निपटाने के लिए, टीम ने सामग्री के इलेक्ट्रॉनों और जाली, यानी उसके परमाणुओं के ग्रिड के बीच परस्पर क्रिया को बारीकी से देखा।

जैसे फोटॉन प्रकाश ले जाते हैं, फ़ोनन किसी सामग्री के माध्यम से कंपन ले जाते हैं। यह अध्ययन करके कि गर्मी जाली के फ़ोनों को कैसे प्रभावित करती है, वैज्ञानिक यह देखने के लिए पीछे की ओर काम कर सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन क्या कर रहे हैं। यदि इलेक्ट्रॉन फोनन के साथ दृढ़ता से बातचीत कर रहे थे, तो यह डेटा में एक विशिष्ट संकेत छोड़ देगा।

टीम ने रमन स्कैटरिंग नामक तकनीक का इस्तेमाल किया। उन्होंने सामग्रियों पर एक लेज़र चमकाया और मापा कि कंपन करने वाले परमाणुओं से उछलकर प्रकाश कैसे बदल गया। उन्होंने एक साथ नमूनों को कमरे के तापमान से -262.15 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया।

आईआईटी-दिल्ली के सहायक प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक कौशिक सेन ने कहा, “सभी माप आईआईटी-दिल्ली में स्वदेशी रूप से 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 वे ठंडे होते हैं, अधिकांश सामग्रियों की जाली सख्त हो जाती है और कंपन तेज हो जाता है। इंसुलेटर में, यह कठोरता क्लेमेंस मॉडल नामक एक प्रसिद्ध गणितीय नियम का पालन करती है। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि धात्विक रूटाइल ऑक्साइड की जाली अधिक सख्त हो गई है और क्लेमेंस मॉडल इसका कारण नहीं बता सका।

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।”

में निष्कर्ष प्रकाशित किए गए थे शारीरिक समीक्षा बी.

जबकि एक इन्सुलेटर में परमाणु केवल रासायनिक बंधनों की कठोरता के आधार पर कंपन करते हैं, धातु में परमाणु इलेक्ट्रॉनों के एक समुद्र से घिरे होते हैं जो उन्हें खींचते हैं। टीम ने पाया कि जैसे ही धातुएं ठंडी हुईं, इलेक्ट्रॉन अलग-अलग ऊर्जा अवस्थाओं में पुनर्गठित हो गए, जिससे परमाणुओं के बीच तनाव बदल गया और इस प्रकार जाली में कंपन हुआ।

डॉ. सेन ने कहा, “अध्ययन दर्शाता है कि कैसे रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी इलेक्ट्रॉन-फोनन इंटरैक्शन के संकेतों की पहचान कर सकती है, जो सुपरकंडक्टिविटी जैसी घटनाओं में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।”