Caltech और Yale के शोधकर्ताओं ने वास्तविक पदार्थों में कोंडो प्रभाव की भविष्यवाणी करने की विधि विकसित की

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (Caltech) और Yale University के वैज्ञानिकों ने विशिष्ट वास्तविक पदार्थों में कोंडो प्रभाव की सटीक गणना करने के लिए एक नई कंप्यूटेशनल विधि विकसित की है। Science पत्रिका में प्रकाशित इस शोध ने सरलीकृत सैद्धांतिक मॉडलों से दूर जाकर पदार्थों की वास्तविक परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं का उपयोग किया है, जिससे उनके व्यवहार की अधिक सटीक भविष्यवाणी संभव हुई है।

कोंडो प्रभाव और मल्टी-बॉडी चुनौतियां

कोंडो प्रभाव एक क्वांटम घटना है जो तब होती है जब आयरन या मैंगनीज जैसे एकल चुंबकीय परमाणु को तांबे जैसे धातु के भीद अशुद्धि के रूप में एम्बेडेड किया जाता है। साधारण धातुओं में, जैसे-जैसे पदार्थ ठंडा होता है, विद्युत प्रतिरोध निरंतर कम होता जाता है। हालांकि, चुंबकीय अशुद्धियों वाली धातुओं में, जब पदार्थ एक विशिष्ट सीमा तक पहुंचता है जिसे कोंडो तापमान कहा जाता है, तो प्रतिरोध गिरना बंद कर देता है। इस बिंदु पर, प्रतिरोध न्यूनतम हो जाता है और फिर तापमान के लगातार गिरने के साथ फिर से बढ़ने लगता है।

यह व्यवहार चुंबकीय अशुद्धि के इलेक्ट्रॉनों और बल्क धातु के माध्यम से यात्रा करने वाले इलेक्ट्रॉनों के बीच अन्योन्यक्रिया का परिणाम है। जैसे-जैसे पदार्थ ठंडा होता है, धातु के इलेक्ट्रॉन अशुद्धि के स्पिन के साथ मजबूती से अन्योन्यक्रिया करते हैं, जिससे एक बादल बनता है जो परमाणु के चुंबकत्व को स्क्रीन करता है, या रद्द करता है। चूंकि इस प्रक्रिया में कई अन्योन्यक्रिया करने वाले कण शामिल होते हैं, कोंडो प्रभाव को एक क्लासिक मल्टी-बॉडी क्वांटम समस्या माना जाता है।

सरलीकृत मॉडलों से परे जाना

दशकों तक, शोधकर्ता सरलीकृत मॉडलों पर निर्भर रहे थे जो पदार्थों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को कक्षकों (orbitals) के एक छोटे सेट तक कम कर देते थे और सन्निकटन गणितीय मॉडलों का उपयोग करते थे। ये दृष्टिकोण विशिष्ट अशुद्धि के लिए प्रतिरोध में परिवर्तन के सटीक तापमान की विश्वसनीय रूप से गणना नहीं कर सकते थे या वास्तविक पदार्थों के सटीक व्यवहार की भविष्यवाणी नहीं कर सकते थे।

नई विधि अणुओं का वर्णन करने के लिए मूल रूप से क्वांटम रसायन विज्ञान में विकसित उच्च सटीकता वाली कंप्यूटेशनल उपकरणों को अनुकूलित करती है। इन उपकरणों को क्वांटम पदार्थों पर लागू करके, शोधकर्ताओं ने चुंबकीय अशुद्धियों को लगभग इस तरह से दर्शाया जैसे वे अणु हों, जबकि उनकी इलेक्ट्रॉनिक अन्योन्यक्रियाओं की पूर्ण जटिलता को बनाए रखा।

सटीकता और भविष्य के अनुप्रयोग

शोध टीम ने तांबे में एम्बेडेड सात अलग-अलग संक्रमण-धातु परमाणुओं पर अपनी विधि का परीक्षण किया। अध्ययन के अनुसार, अधिकांश तत्वों के लिए गणनाएं पारंपरिक मॉडल-आधारित तकनीकों से प्राप्त भविष्यवाणियों की तुलना में दो क्रम तक अधिक सटीक थीं।

Caltech में रसायन विज्ञान के ब्रेन प्रोफेसर और पेपर के वरिष्ठ लेखक गार्नेट चैन ने कहा, "अब प्रयोगों का संदर्भ लिए बिना केवल कंप्यूटेशन के माध्यम से कुछ जटिल पदार्थों के गुणों की भविष्यवाणी करना संभव है।"

पेपर के प्रमुख लेखक लिंगिंग पेंग ने भविष्य के पदार्थ डिजाइन के लिए इस प्रगति के महत्व पर प्रकाश डाला। "हम एक रोमांचक युग में हैं जहां वास्तविक पदार्थों की पूर्ण रसायन विज्ञान जटिलता की विश्वसनीय भविष्यवाणी करने वाले क्वांटम विवरण प्राप्त करने के योग्य हो रहे हैं," पेंग ने कहा। "सबसे चुनौतीपूर्ण क्वांटम पदार्थों के वर्गों में भी, सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉनों के पदार्थ-विशिष्ट व्यवहार की भविष्यवाणी करना पहले सिद्धांतों से यथार्थवादी हो रहा है।"

यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह विकास उच्च-तापमान अतिचालकों और क्वांटम चुंबकों सहित अधिक जटिल क्वांटम पदार्थों के यथार्थवादी कंप्यूटर सिमुलेशन के लिए एक मार्ग प्रदान करता है। इन प्रणालियों में, इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार निकटवर्ती इलेक्ट्रॉनों के साथ उनकी अन्योन्यक्रियाओं से प्रबल रूप से प्रभावित होता है, जिससे उन्हें पारंपरिक सन्निकटनों के साथ वर्णित करना कठिन होता है। नए पदार्थों के लिए प्रायोगिक खोज पर केंद्रित करने में भविष्यवाणी सैद्धांतिक को सक्षम बनाकर, यह विधि जटिल सहसंबद्ध भौतिकी से उभरने वाले कार्यों वाले पदार्थों की खोज को तेज कर सकती है।

स्रोत (अंग्रेज़ी में)

• sciencedaily.com: A famous quantum effect can finally be predicted in real materials | ScienceDaily
• ua.news: Method to calculate the Kondo effect in real materials — ScienceDaily | UA.NEWS

यह मूल अंग्रेज़ी लेख का एआई द्वारा किया गया अनुवाद है, जिसे स्वचालित रूप से जाँचा गया है ताकि यह मूल लेख जैसी ही बात कहे। स्रोतों की जाँच अंग्रेज़ी में की गई थी।