बेहतर कंप्यूटर की खोज में लेज़र खरबों बार परमाणुओं को झकझोरता है

दुनिया लगातार तेज़ और अधिक कुशल कंप्यूटर की तलाश में है। चूँकि आज की प्रौद्योगिकियों ने इस उद्देश्य के लिए विद्युत धाराओं का उपयोग लगभग अधिकतम कर दिया है, वैज्ञानिक इससे परे की ओर देख रहे हैं। एक महत्वपूर्ण क्षेत्र जो हमारी आवश्यकताओं के अनुरूप हो 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 ग्रिड को भौतिक रूप से निचोड़ने या खींचने से – जिसे जाली कहा जाता है – वैज्ञानिक यह बदल सकते हैं कि कोई सामग्री बिजली का संचालन कैसे करती है या चुंबकीय जानकारी संग्रहीत करती है।

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

धातुओं में उच्च-आवृत्ति तनाव इंजीनियरिंग के लिए मुख्य 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 तेज़ी से चलते हैं कि पल्स द्वारा स्थानीयकृत यांत्रिक बल लगाने से पहले ही वे सामग्री में ऊर्जा फैला 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 प्रकाशित हुआ प्रकृति संचारने THz तरंगों को प्रेरित करने के लिए लेजर पल्स का उपयोग करने का एक तरीका बताया है। शोधकर्ताओं ने एक सुपरलैटिस का उपयोग किया: प्लैटिनम और तांबे के परमाणुओं को बारी-बारी से परतों में व्यवस्थित किया गया, प्रत्येक परत कुछ नैनोमीटर मोटी थी। 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 1% के तनाव आयाम के साथ 1 THz की आवृत्ति पर सुसंगत तरीके से कंपन करने वाले परमाणुओं को सेट कर सकते हैं। अर्थात्, परमाणु अपनी मूल स्थिति से औसतन 1% विस्थापित हुए। इसे बड़ा माना जाता है.

महत्वपूर्ण रूप से, टीम ने पाया कि ऊष्मा के बजाय इलेक्ट्रॉन दबाव, प्रेरक शक्ति है। जब लेजर प्लैटिनम परतों से टकराया, तो इलेक्ट्रॉनों ने ऊर्जा प्राप्त की और तुरंत परमाणु जाली के खिलाफ एक भौतिक दबाव डाला।

“इससे हमें आश्चर्य हुआ। दोलन गर्म जाली के दबाव के कारण नहीं होता है, बल्कि इलेक्ट्रॉन के दबाव के कारण होता है, विशेष रूप से प्लैटिनम परतों में,” अल्ट्राफास्ट एक्स-रे विवर्तन प्रदान करने वाली सुविधा यूरोपीय एक्सएफईएल के जान-एटिने पुडेल ने एक प्रेस नोट में कहा।

अध्ययन से पता चला कि इलेक्ट्रॉन दबाव एक प्रमुख और इंजीनियरिंग योग्य तंत्र है जिसका उपयोग परमाणुओं को तेजी से ‘किक’ करने के लिए किया जा सकता है।

नैनोसंरचित सामग्री

यह खोज थर्मोकॉस्टिक मेटामटेरियल्स के व्यापक क्षेत्र में एक प्रगति है। ये नैनोसंरचित सामग्रियां हैं जिन्हें ध्वनि और गर्मी में ऐसे तरीकों से हेरफेर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो प्रकृति में नहीं होते हैं।

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