ஒளி-இயக்கப்பட்ட அணு அதிர்வுகளைப் பயன்படுத்தி இயற்பியலாளர்கள் 'ஆக்டுபோலார்' காந்தவியலைக் கண்டறிந்துள்ளனர்

அன்றாட வாழ்வில் மக்கள் கையாளும் பெரும்பாலான காந்தங்கள் எளிய இரு-துருவ விஷயங்கள்: ஒரு வடக்கு மற்றும் ஒரு தெற்கு, ஒரு நேர்மறை மற்றும் ஒரு எதிர்மறை. டைபோல் எனப்படும் அந்தப் பரிச்சயமான அமைப்பு, குளிர்சாதனப் பெட்டி காந்தங்கள் முதல் வன்வட்டுகளுக்குள் இருக்கும் படி-தலைகள் வரை அனைத்திற்கும் அடிப்படையாக அமைகிறது. ஆனால் குவாண்டம் இயக்கவியல் முதிர்ச்சியடைந்ததால், சில படிகப் பொருட்களுக்குள் காந்தவியல் மிகவும் விசித்திரமான வடிவங்களை எடுக்க முடியும் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்துள்ளனர், இதில் ஒரு "ஆக்டுபோலார் ஒழுங்கு" அடங்கும், இதில் துகள்களின் ஒரு லாட்டிஸ், வழக்கமான இரண்டுக்குப் பதிலாக எட்டு காந்த துருவங்களைக் கொண்டதைப் போல கூட்டாக நடந்துகொள்கிறது.

இந்த உயர்-வரிசை காந்த நிலைகளின் சிரமம் என்னவென்றால், அவற்றைக் கவனிப்பது மிகவும் கடினம். அவற்றின் நிகர காந்தத் திருப்புத்திறன் அடிக்கடி ரத்து செய்யப்படுகிறது, இதனால் வழக்கமான சோதனைக் கருவிகள் பொருளில் எப்போதும் இருக்கும் ஒரு ஒழுங்கைப் பார்ப்பதற்கு திறனற்றதாக இருக்கும். டொராண்டோ பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள குவாண்டம் இயற்பியலாளர்கள் குழு, எலக்ட்ரான்கள் சுழலும்போது உருவாகும் அணு அதிர்வுகளை ஆய்வு செய்ய ஒளியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இத்தகைய மறைந்த நிலைகளைக் கண்டறியும் ஒரு முறையை இப்போது நிரூபித்துள்ளது. Physical Review Letters இதழில் வெளியிடப்பட்ட இந்த ஆய்வு, அடுத்த தலைமுறை தரவு சேமிப்பு மற்றும் கணினி வன்பொருளில் பல்துருவ காந்தவியலைப் பயன்படுத்துவதற்கான ஒரு முக்கியமான முதல் படியாக அதன் ஆசிரியர்களால் விவரிக்கப்படுகிறது.

சாதாரண கருவிகள் பார்க்க முடியாத ஒரு காந்த ஒழுங்கு

பாடநூல் காந்தவியல் ஒரு நேரடியான படத்தைக் கருதுகிறது: ஒவ்வொரு காந்த அணுவும் ஒரு சிறிய பார் காந்தம் போல செயல்படுகிறது, மேலும் அந்தப் பார்களின் கூட்டு சீரமைப்பு நாம் கவனிக்கும் விளைவுகளை உருவாக்குகிறது. பல்துருவ காந்தவியல் அந்தப் படத்தை உடைக்கிறது. ஒரு எளிய ஜோடி துருவங்களுக்குப் பதிலாக, படிகத்திற்குள் உள்ள துகள்களின் அமைப்பு மிகவும் சிக்கலான வடிவியல் கையொப்பத்தை உருவாக்குகிறது — ஆக்டுபோலார் விஷயத்தில், கட்டமைப்பு முழுவதும் எட்டு துருவங்கள் பரவியிருப்பதைப் போல படிக்கக்கூடிய ஒன்று.

துருவங்கள் சமச்சீராக அமைக்கப்பட்டிருப்பதால், அவற்றின் பங்களிப்புகள் நிலையான காந்த அளவீடுகளில் இருந்து அடிப்படை ஒழுங்கை மறைக்கும் வழிகளில் ரத்து செய்யப்படலாம். டொராண்டோ பல்கலைக்கழகத்தின் இயற்பியல் துறை மற்றும் குவாண்டம் தகவல் மற்றும் குவாண்டம் கட்டுப்பாட்டு மையத்தின் பேராசிரியரும், இந்த ஆய்வின் மூத்த ஆசிரியருமான அருண் பரமேகந்தி, இந்தச் சவாலை எளிமையாக வரையறுத்தார்: சாதாரண ஆய்வுக் கருவிகளைப் பயன்படுத்தி கண்டறிய முடியாத ஒரு மறைந்த காந்த நிலையின் அறிகுறிகளைக் குழு அடையாளம் கண்டுள்ளது.

அந்தக் கண்ணுக்குத் தெரியாத தன்மையே இந்தத் துறையின் மையத் தடையாகும். நம்பகமாகப் படிக்க முடியாத ஒரு காந்த நிலை, அதன் கோட்பாட்டு பண்புகள் எவ்வளவு நம்பிக்கைக்குரியதாக இருந்தாலும், நம்பகமாகப் பயன்படுத்த முடியாத ஒரு காந்த நிலையாகும்.

கைரல் ஃபோனான்களைக் கேட்க ஒளியைப் பயன்படுத்துதல்

டொராண்டோ ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்தப் பிரச்சினையை மறைமுகமாக அணுகினர். காந்த ஒழுங்கை நேரடியாக அளவிட முயற்சிப்பதற்குப் பதிலாக, அவர்கள் ஒரு படிகப் பொருளின் மீது ஒளியைப் பாய்ச்சி அதன் அணு கட்டமைப்பிற்குள் நுண்ணிய அதிர்வுகளைத் தூண்டினர். அந்த அதிர்வுகள், வழக்கமான நுட்பங்கள் தவறவிடும் காந்த வடிவங்களைப் பற்றிய தகவல்களைக் கொண்டுள்ளன என்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர்.

குழு கவனம் செலுத்திய குறிப்பிட்ட அதிர்வு ஆற்றல் தொகுப்புகள் ஃபோனான்கள் எனப்படும், அவை ஒரு திடப்பொருளின் படிக லாட்டிஸ் வழியாக ஒரு நீட்டப்பட்ட கம்பியில் அலை பயணிப்பது போலவே நகரும். இவற்றில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் கைரல் ஃபோனான்களைத் தனிமைப்படுத்தினர்: தங்கள் சொந்த கண்ணாடிப் பிம்பத்துடன் பொருந்தாத அதிர்வு முறைகள்.

கைத்தன்மை ஏன் முக்கியம்

கைரல் என்ற சொல் கிரேக்க மொழியில் கை என்பதிலிருந்து வந்தது, மேலும் இந்த ஒப்புமை பொருத்தமானது. இடது கை மற்றும் வலது கை ஒன்றுக்கொன்று கண்ணாடிப் பிம்பங்களாக இருந்தாலும், இடது கை வலது கையின் மீது சுத்தமாகப் பொருந்த முடியாது. கைரல் ஃபோனான்கள் துல்லியமாக இந்த வகையான கைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அந்தப் பண்பே லாட்டிஸில் உள்ள மற்றபடி கண்ணுக்குத் தெரியாத காந்த அமைப்புடன் இணைக்கப்படுவதாகத் தெரிகிறது.

ஒளி இந்தக் கை அதிர்வுகளுடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கிறது என்பதைக் கவனிப்பதன் மூலம், வழக்கமான அளவீட்டில் வெளிப்படையான தடயத்தை விட்டுச்செல்லாத காந்த ஒழுங்கின் இருப்பைக் குழு ஊகிக்க முடிந்தது. இந்த அணுகுமுறை படிகத்தின் சொந்த அணு இயக்கத்தை, இல்லையெனில் மறைந்திருக்கும் ஒரு நிலைக்கான உணரியாக மாற்றுகிறது.

படிக்க-எழுதும் நினைவகம் மற்றும் குவாண்டம் சாதனங்களை நோக்கி

உயர்-வரிசை காந்தவியலின் நடைமுறை கவர்ச்சி கட்டுப்பாட்டில் உள்ளது. ஒரு காந்த நிலையை நம்பகமாக மாற்றி மீண்டும் படிக்க முடிந்தால், அது ஒரு பிட்டாக செயல்பட முடியும். பல்துருவ ஒழுங்குகள் கவர்ச்சிகரமான வேட்பாளர்கள், ஏனெனில் அவை சில வகையான இடையூறுகளுக்கு எதிராக வலுவாக இருக்கும் அதே வேளையில், கொள்கையளவில், மாற்றக்கூடியவையாகவும் இருக்கின்றன.

உயர்-வரிசை காந்தங்களை பல பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்துவதற்கான சாத்தியத்தை இந்த ஆராய்ச்சி திறக்கிறது என்று பரமேகந்தி குறிப்பிட்டார், இதில் அன்றாட கணினிகளில் காணப்படும் வகையிலான கட்டுப்படுத்தக்கூடிய படிக்க-எழுதும் நினைவக கூறுகள் அடங்கும். குழு மற்றும் பரந்த துறையால் அடையாளம் காணப்பட்ட சாத்தியமான திசைகள் பின்வருமாறு:

• வழக்கமான புல உணர்வுக்குப் பதிலாக ஒளியியல் அல்லது அதிர்வு கையொப்பங்கள் மூலம் காந்த நிலை படிக்கப்பட்டு எழுதப்படும் நினைவக செல்கள்.
• ஒரே பொருளில் அதிக வேறுபடுத்தக்கூடிய நிலைகளை அடைக்க பல்துருவ ஒழுங்கைப் பயன்படுத்தும் தரவு சேமிப்பு கட்டமைப்புகள்.
• படிக திடப்பொருட்களுக்குள் நீண்டகாலம் நிலைத்திருக்கும், நன்கு பாதுகாக்கப்பட்ட உள் நிலைகளை நம்பியிருக்கும் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்கள்.
• ஒளியால் தூண்டப்பட்ட லாட்டிஸ் அதிர்வுகளால் மாறுதல் இயக்கப்படும் கணினி கூறுகள்.

இந்தப் பயன்பாடுகள் எதுவும் உடனடியாக நடக்கப்போவதில்லை. டொராண்டோ முடிவு கண்டறிதலைப் பற்றியது — ஒரு மறைந்த ஒழுங்கை எப்படியாவது கவனிக்க முடியும் என்பதை நிறுவுவது — ஒரு செயல்படும் சாதனத்தின் பொறியியலைப் பற்றியது அல்ல. ஆனால் கண்டறிதல் என்பது முன்நிபந்தனை படியாகும்: நம்பகமான வாசிப்பு பொறிமுறை இல்லாமல், ஆக்டுபோலார் ஒழுங்கின் மீது கட்டப்பட்ட எந்த நினைவகம் அல்லது தர்க்கக் கூறின் வடிவமைப்பும் ஊகமாகவே இருக்கும்.

திறந்த கேள்விகள் மற்றும் முன்னோக்கிய பாதை

பல்துருவ காந்தவியல் இயற்பியல் ஆய்வகத்திலிருந்து நடைமுறை தொழில்நுட்பத்தை நோக்கி நகர்கிறது என்பதற்கு முன் பல கேள்விகள் எஞ்சியுள்ளன. வெவ்வேறு பொருட்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளில் கைரல் ஃபோனான் கையொப்பங்கள் எவ்வளவு வலுவாக இருக்கின்றன, அதைப் பயனுள்ளதாக்கும் ஒழுங்கை அழிக்காமல் ஒரு நிலையை எவ்வளவு விரைவாக மாற்ற முடியும், மேலும் அதே ஒளியியல் ஆய்வுக் கருவியை படிப்பதோடு எழுதுவதற்கும் ஏற்றவாறு மாற்ற முடியுமா என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தீர்மானிக்க வேண்டும்.

இந்த ஆய்வின் பரந்த முக்கியத்துவம் முறையியல் சார்ந்தது. பல ஆண்டுகளாக, பல்துருவ காந்த ஒழுங்குகள் ஊகிக்கப்பட்டு விவாதிக்கப்பட்டன, ஏனெனில் அவற்றை சோதனை மூலம் உறுதிப்படுத்துவது மிகவும் கடினமாக இருந்தது. ஒளி-இயக்கப்பட்ட அதிர்வு நிறமாலையியல் ஒரு ஆக்டுபோலார் நிலையை வெளிப்படுத்த முடியும் என்பதை நிரூபிப்பது, அந்தக் கணிப்புகளை நேரடியாகச் சோதிக்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு ஒரு புதிய கருவியை அளிக்கிறது.

இப்போதைக்கு, இந்த முடிவு ஒரு பல்கலைக்கழக குவாண்டம் இயற்பியல் குழுவின், சக மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்ட இதழில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு கொள்கை நிரூபணமாக நிற்கிறது. அதன் முக்கியத்துவம் எந்த ஒரு சாதனத்திலும் அல்ல, மாறாக ஒரு மறைந்த காந்தவியல் வடிவம் தெரியும்படி செய்யப்பட்டுள்ளது என்பதில் உள்ளது — மேலும் ஒரு மறைந்த காந்தவியல் வடிவம், ஒருமுறை தெரிந்தபின், பொறியாளர்கள் அதைக் கட்டுப்படுத்துவதைப் பற்றி சிந்திக்கத் தொடங்கக்கூடிய ஒன்றாக மாறுகிறது.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.