छोटे चुंबकीय व्हर्लपूल ने विदेशी राज्यों का अनावरण किया, ऊर्जा-कुशल तकनीक का वादा किया

नैनोचुंबकत्व में क्रांतिकारी खोज

ज्यूरिख, स्विट्जरलैंड - एक ऐसी सफलता में जो चुंबकत्व और इसके तकनीकी अनुप्रयोगों के बारे में हमारी समझ को मौलिक रूप से नया आकार दे सकती है, ज्यूरिख विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने लघु चुंबकीय संरचनाओं के भीतर विचित्र नए दोलन राज्यों को उजागर किया है, जिन्हें अक्सर 'स्किर्मियन्स' कहा जाता है। उल्लेखनीय रूप से कम ऊर्जा इनपुट के साथ हासिल की गई यह खोज, चुंबकीय गतिशीलता के बारे में लंबे समय से चली आ रही धारणाओं को चुनौती देती है और भविष्य के क्वांटम उपकरणों के साथ पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स को जोड़ने की दिशा में एक आकर्षक मार्ग खोलती है।

प्रतिष्ठित पत्रिका नेचर नैनोटेक्नोलॉजी में पिछले महीने के अंत में प्रकाशित, शोध में बताया गया है कि कैसे प्रोफेसर अन्या शर्मा और डॉ. बेन कार्टर, क्वांटम सामग्री संस्थान में अपनी टीम के साथ, इन उप-माइक्रोमीटर चुंबकीय के भीतर नाजुक, पहले से अनदेखी गतियों को उत्तेजित करने में कामयाब रहे। भँवर। परिणाम जटिल संकेतों का एक समृद्ध स्पेक्ट्रम था जो अति-कुशल डेटा प्रोसेसिंग और भंडारण के युग की शुरूआत कर सकता था।

अध्ययन के मुख्य लेखक प्रोफेसर शर्मा ने कहा, ''हमने जो देखा है वह चुंबकीय उत्तेजना का एक बिल्कुल नया रूप है, इन छोटी संरचनाओं के भीतर एक सूक्ष्म नृत्य जिसे शुरू करने के लिए अविश्वसनीय रूप से कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है।'' "यह एक सिम्फनी में एक नया मौलिक नोट खोजने जैसा है जिसे हमने पहले ही पूरी तरह से समझ लिया है। ऊर्जा-कुशल कंप्यूटिंग के निहितार्थ गहरे हैं।" पहली बार प्रयोगात्मक रूप से 2009 में देखा गया, तब से वे स्पिंट्रोनिक्स में अनुसंधान के लिए एक केंद्र बिंदु बन गए हैं - एक ऐसा क्षेत्र जिसका लक्ष्य जानकारी ले जाने के लिए उनके चार्ज के बजाय इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक स्पिन का उपयोग करना है। उनकी स्थिरता, छोटे आकार और हेरफेर में आसानी उन्हें भविष्य के डेटा भंडारण और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों के लिए अत्यधिक आशाजनक उम्मीदवार बनाती है, जो संभावित रूप से वर्तमान सिलिकॉन-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में उच्च घनत्व और कम बिजली की खपत की पेशकश करती है।

अब तक, स्किर्मियन्स के गतिशील व्यवहार को समझना और नियंत्रित करना एक महत्वपूर्ण चुनौती रही है। शोधकर्ताओं ने आमतौर पर उनमें हेरफेर करने के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र या विद्युत धाराओं पर भरोसा किया, जिसके लिए अक्सर पर्याप्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पारंपरिक ज्ञान ने दोलन मोड के एक सीमित सेट का सुझाव दिया है जिसे स्किर्मियन्स ऐसी परिस्थितियों में प्रदर्शित कर सकते हैं।

पेपर के सह-लेखक डॉ. कार्टर ने बताया, ''वर्षों से, हम स्किर्मियन्स को उनकी सीमा तक धकेलने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन हमेशा स्थापित ढांचे के भीतर।'' "इस नए दृष्टिकोण ने, बहुत विशिष्ट, गुंजयमान चुंबकीय तरंग उत्तेजनाओं पर ध्यान केंद्रित करके, एक छिपी हुई जटिलता का खुलासा किया जिसकी हमें उम्मीद नहीं थी।"

'विदेशी' दोलन अवस्थाओं को अनलॉक करना

ज्यूरिख टीम का नवाचार उनकी उत्तेजना की सटीक पद्धति में निहित है। क्रूर-बल हेरफेर के बजाय, उन्होंने चिरल चुंबकीय सामग्री की एक पतली फिल्म के भीतर गुंजयमान चुंबकीय तरंगों को प्रेरित करने के लिए सावधानीपूर्वक ट्यून किए गए माइक्रोवेव क्षेत्रों को नियोजित किया, जिन्हें मैग्नॉन के रूप में जाना जाता है - एक सिंथेटिक एंटीफेरोमैग्नेट जिसे कमरे के तापमान पर स्थिर स्किर्मियन की मेजबानी के लिए डिज़ाइन किया गया है। सामग्री, कोबाल्ट और पैलेडियम की सावधानीपूर्वक इंजीनियर की गई बहुपरत, उन्नत स्पटरिंग तकनीकों का उपयोग करके निर्मित की गई थी, जिसके परिणामस्वरूप लगभग 50 नैनोमीटर व्यास वाले स्किर्मियन बने।

इन माइक्रोवेव पल्स की आवृत्ति और शक्ति को अलग-अलग करके, वैज्ञानिकों ने देखा कि स्किर्मियन पहले से अचिह्नित पैटर्न में दोलन करना शुरू कर देते हैं। ये 'विदेशी दोलन अवस्थाएँ' जटिल, बहु-मोडल गतियों के रूप में प्रकट होती हैं, जो आमतौर पर स्किर्मियन्स से जुड़ी सरल श्वास या घुमाव मोड की तुलना में कहीं अधिक जटिल होती हैं। महत्वपूर्ण रूप से, इन जटिल अवस्थाओं को पारंपरिक तरीकों की तुलना में कम परिमाण के पावर लेवल ऑर्डर के साथ हासिल किया गया था, जो ऊर्जा दक्षता के अभूतपूर्व स्तर को प्रदर्शित करता है।

शोधकर्ताओं ने इन जटिल दोलनों को सीधे देखने के लिए सिंक्रोट्रॉन सुविधा में समय-समाधान एक्स-रे माइक्रोस्कोपी सहित उन्नत माइक्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग किया। डेटा ने गुंजयमान आवृत्तियों के एक समृद्ध स्पेक्ट्रम का खुलासा किया, जिनमें से प्रत्येक स्किर्मियन स्पिन बनावट की एक विशिष्ट और जटिल आंतरिक गति के अनुरूप है, जो प्रचलित सैद्धांतिक मॉडल को चुनौती देता है।

अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों के लिए मार्ग प्रशस्त करना

इस खोज के निहितार्थ दूरगामी हैं। न्यूनतम ऊर्जा के साथ चुंबकीय राज्यों की एक विविध श्रृंखला उत्पन्न करने की क्षमता कई उभरती प्रौद्योगिकियों के लिए गेम-चेंजर हो सकती है:

• ऊर्जा-कुशल स्पिंट्रोनिक्स: भविष्य के उपकरण इन एकाधिक दोलन राज्यों का उपयोग करके प्रत्येक स्किर्मियन में अधिक जानकारी को एन्कोड कर सकते हैं, जिससे सघन और काफी अधिक बिजली-कुशल डेटा भंडारण और प्रसंस्करण हो सकता है।
• क्वांटम कंप्यूटिंग इंटरफेस: नाजुक, क्वांटम-जैसा इन नए राज्यों की प्रकृति शास्त्रीय चुंबकीय प्रणालियों और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के बीच एक संभावित पुल का सुझाव देती है। इन राज्यों में हेरफेर करने से क्वांटम जानकारी को नियंत्रित करने के नए तरीके मिल सकते हैं।
• उपन्यास सेंसर: बाहरी उत्तेजनाओं के लिए इन स्किर्मियन गतिशीलता की उच्च संवेदनशीलता अति-संवेदनशील चुंबकीय क्षेत्र सेंसर या डिटेक्टरों के विकास को जन्म दे सकती है।

प्रोफेसर शर्मा ने निष्कर्ष निकाला, "हम केवल इन विदेशी राज्यों की पूरी क्षमता को समझने की शुरुआत में हैं।" "लेकिन तथ्य यह है कि हम इतनी कम ऊर्जा के साथ ऐसे समृद्ध गतिशील परिदृश्य तक पहुंच सकते हैं जो भविष्य की ओर इशारा करता है जहां कंप्यूटिंग न केवल तेज और सघन है बल्कि नाटकीय रूप से अधिक टिकाऊ भी है। इस छोटे से प्रभाव का वास्तव में इलेक्ट्रॉनिक्स की अगली पीढ़ी के लिए संभावित रूप से बड़ा प्रभाव है।" टीम इन राज्यों की सुसंगतता और स्थिरता का और अधिक पता लगाने की योजना बना रही है, जिसका लक्ष्य आने वाले वर्षों में उन्हें प्रोटोटाइप स्पिंट्रोनिक उपकरणों में एकीकृत करना है।