భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కాంతి-ప్రేరిత పరమాణు కంపనాలను ఉపయోగించి 'ఆక్టుపోలార్' అయస్కాంతత్వాన్ని గుర్తించారు

రోజువారీ జీవితంలో మనుషులు వాడే చాలా అయస్కాంతాలు సాధారణ రెండు-ధ్రువాల వ్యవహారాలు: ఒక ఉత్తరం మరియు ఒక దక్షిణం, ఒక ధనం మరియు ఒక ఋణం. డైపోల్ అని పిలిచే ఈ పరిచిత అమరిక, ఫ్రిజ్ అయస్కాంతాల నుండి హార్డ్ డ్రైవ్ల లోని రీడ్ హెడ్ల వరకు అన్నింటికీ ఆధారం. కానీ క్వాంటం మెకానిక్స్ పరిణతి చెందుతున్న కొద్దీ, కొన్ని స్ఫటిక పదార్థాల లోపల అయస్కాంతత్వం చాలా వింత రూపాలను తీసుకోగలదని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు; వాటిలో "ఆక్టుపోలార్ క్రమం" ఒకటి, ఇందులో కణాల జాలకం సామూహికంగా రెండు బదులు ఎనిమిది అయస్కాంత ధ్రువాలను మోస్తున్నట్లు ప్రవర్తిస్తుంది.

ఈ ఉన్నత-క్రమ అయస్కాంత స్థితులతో ఉన్న ఇబ్బంది ఏమిటంటే, వాటిని గమనించడం అత్యంత కష్టం. వాటి నికర అయస్కాంత భ్రామకం తరచుగా రద్దు అవుతుంది, దాంతో సాంప్రదాయ ప్రయోగ పరికరాలు పదార్థంలో అప్పటికే ఉన్న క్రమాన్ని చూడలేక పోతాయి. టొరంటో విశ్వవిద్యాలయంలోని క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రవేత్తల బృందం ఇప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు తిరిగేటప్పుడు ఉత్పన్నమయ్యే పరమాణు కంపనాలను పరిశీలించడానికి కాంతిని ఉపయోగించి, అలాంటి దాగిన స్థితులను గుర్తించే పద్ధతిని ప్రదర్శించింది. Physical Review Lettersలో ప్రచురితమైన ఈ అధ్యయనాన్ని, తదుపరి తరం డేటా నిల్వ మరియు కంప్యూటింగ్ హార్డ్వేర్లో మల్టీపోలార్ అయస్కాంతత్వాన్ని ఉపయోగించుకోవడానికి కీలకమైన తొలి అడుగుగా దాని రచయితలు అభివర్ణించారు.

సాధారణ పరికరాలు చూడలేని అయస్కాంత క్రమం

పాఠ్యపుస్తక అయస్కాంతత్వం ఒక సరళమైన చిత్రాన్ని ఊహిస్తుంది: ప్రతి అయస్కాంత పరమాణువు ఒక చిన్న బార్ అయస్కాంతంలా పనిచేస్తుంది, ఆ బార్ల సామూహిక సమలేఖనం మనం గమనించే ప్రభావాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మల్టీపోలార్ అయస్కాంతత్వం ఆ చిత్రాన్ని బద్దలు కొడుతుంది. సాధారణ జంట ధ్రువాల బదులు, స్ఫటికంలోని కణాల అమరిక మరింత సంక్లిష్టమైన జ్యామితీయ సంతకాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది — ఆక్టుపోలార్ సందర్భంలో, నిర్మాణం అంతటా ఎనిమిది ధ్రువాలు పంపిణీ అయినట్లు చదవబడేది.

ధ్రువాలు సమరూపంగా అమర్చబడి ఉన్నందున, వాటి సహకారాలు ప్రామాణిక అయస్కాంత కొలతల నుండి అంతర్లీన క్రమాన్ని దాచే విధంగా రద్దు కావచ్చు. టొరంటో విశ్వవిద్యాలయంలోని భౌతిక శాస్త్ర విభాగం మరియు సెంటర్ ఫర్ క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ అండ్ క్వాంటం కంట్రోల్లోని ప్రొఫెసర్, ఈ పనికి సీనియర్ రచయిత అయిన అరుణ్ పరమేకాంతి, ఈ సవాలును స్పష్టంగా వివరించారు: సాధారణ ప్రోబ్లను ఉపయోగించి గుర్తించలేని దాగిన అయస్కాంత స్థితి యొక్క సంతకాలను బృందం గుర్తించింది.

ఆ అదృశ్యతే ఈ రంగంలో ప్రధాన అడ్డంకి. నమ్మకంగా చదవలేని అయస్కాంత స్థితి, దాని సైద్ధాంతిక లక్షణాలు ఎంత ఆశాజనకంగా ఉన్నా, నమ్మకంగా ఉపయోగించలేని అయస్కాంత స్థితి.

చిరల్ ఫోనాన్ల కోసం వినడానికి కాంతిని ఉపయోగించడం

టొరంటో పరిశోధకులు ఈ సమస్యను పరోక్షంగా abord చేశారు. అయస్కాంత క్రమాన్ని నేరుగా కొలవడానికి ప్రయత్నించడం బదులు, వారు ఒక స్ఫటిక పదార్థంపై కాంతిని ప్రసరింపజేసి, దాని పరమాణు నిర్మాణంలో సూక్ష్మ కంపనాలను ప్రేరేపించారు. ఆ కంపనాలు సాంప్రదాయ పద్ధతులు కోల్పోయే అయస్కాంత నమూనాల గురించి సమాచారాన్ని మోస్తాయని వారు కనుగొన్నారు.

బృందం దృష్టి సారించిన నిర్దిష్ట కంపన శక్తి ప్యాకెట్లను ఫోనాన్లు అని పిలుస్తారు; ఇవి ఒక సాగిన తంతువు వెంట తరంగం ప్రయాణించినట్లే ఘన పదార్థం యొక్క స్ఫటిక జాలకం గుండా కదులుతాయి. వీటిలో, పరిశోధకులు చిరల్ ఫోనాన్లను ఎంపిక చేశారు: తమ స్వంత దర్పణ ప్రతిబింబంతో సరిపోలని కంపన మోడ్లు.

హస్తత్వం ఎందుకు ముఖ్యం

చిరల్ అనే పదం చేతి కోసం గ్రీకు నుండి వచ్చింది, మరియు ఈ పోలిక సరైనది. ఎడమ చేయి మరియు కుడి చేయి ఒకదానికొకటి దర్పణ ప్రతిబింబాలు అయినప్పటికీ, ఎడమ చేయి కుడి చేయిపై శుభ్రంగా సరిపోదు. చిరల్ ఫోనాన్లు సరిగ్గా ఇలాంటి హస్తత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి, మరియు ఆ లక్షణమే జాలకంలోని లేకపోతే అదృశ్యమయ్యే అయస్కాంత అమరికతో జతకట్టినట్లు కనిపిస్తుంది.

కాంతి ఈ హస్త కంపనాలతో ఎలా సంకర్షణ చెందుతుందో గమనించడం ద్వారా, సాంప్రదాయ కొలతలో స్పష్టమైన జాడను వదలని అయస్కాంత క్రమం ఉనికిని బృందం ఊహించగలిగింది. ఈ విధానం స్ఫటికం యొక్క స్వంత పరమాణు చలనాన్ని, లేకపోతే దాగి ఉండే స్థితికి సెన్సర్గా మారుస్తుంది.

పఠన-రచన మెమరీ మరియు క్వాంటం పరికరాల వైపు

ఉన్నత-క్రమ అయస్కాంతత్వం యొక్క ఆచరణాత్మక ఆకర్షణ నియంత్రణలో ఉంది. ఒక అయస్కాంత స్థితిని నమ్మకంగా మార్చగలిగి, తిరిగి చదవగలిగితే, అది ఒక బిట్గా పనిచేయగలదు. మల్టీపోలార్ క్రమాలు ఆకర్షణీయమైన అభ్యర్థులు, ఎందుకంటే అవి కొన్ని రకాల భంగాలకు నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి, అదే సమయంలో సూత్రప్రాయంగా మార్చగలిగేవిగా ఉంటాయి.

ఉన్నత-క్రమ అయస్కాంతాలను అనేక అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించే అవకాశాన్ని ఈ పరిశోధన తెరుస్తుందని పరమేకాంతి పేర్కొన్నారు; రోజువారీ కంప్యూటర్లలో కనిపించే రకం నియంత్రించగల పఠన-రచన మెమరీ మూలకాలు వాటిలో ఉన్నాయి. బృందం మరియు విస్తృత రంగం గుర్తించిన సంభావ్య దిశలలో ఇవి ఉన్నాయి:

• సాంప్రదాయ క్షేత్ర సెన్సింగ్ బదులు ఆప్టికల్ లేదా కంపన సంతకాల ద్వారా అయస్కాంత స్థితి చదవబడే మరియు రాయబడే మెమరీ కణాలు.
• ఒకే పదార్థంలో ఎక్కువ వేరు చేయగల స్థితులను ఇమిడ్చడానికి మల్టీపోలార్ క్రమాన్ని ఉపయోగించుకునే డేటా నిల్వ నిర్మాణాలు.
• స్ఫటిక ఘన పదార్థాల లోపల దీర్ఘకాలిక, బాగా రక్షించబడిన అంతర్గత స్థితులపై ఆధారపడే క్వాంటం సాంకేతికతలు.
• కాంతి-ప్రేరిత జాలక కంపనాల ద్వారా మార్పు నడపబడే కంప్యూటింగ్ భాగాలు.

ఈ అనువర్తనాలలో ఏదీ సమీపంలో లేదు. టొరంటో ఫలితం పనిచేసే పరికరం యొక్క ఇంజినీరింగ్ గురించి కాదు — దాగిన క్రమాన్ని అసలు గమనించవచ్చని నిర్ధారించడం గురించి, అంటే గుర్తింపు గురించి. కానీ గుర్తింపు ముందస్తు అడుగు: నమ్మకమైన పఠన యంత్రాంగం లేకుండా, ఆక్టుపోలార్ క్రమంపై నిర్మించిన ఏ మెమరీ లేదా లాజిక్ మూలకం రూపకల్పన అయినా ఊహాగానమే అవుతుంది.

తెరిచి ఉన్న ప్రశ్నలు మరియు ముందున్న మార్గం

మల్టీపోలార్ అయస్కాంతత్వం భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగశాల నుండి ఆచరణాత్మక సాంకేతికత వైపు కదలడానికి ముందు అనేక ప్రశ్నలు మిగిలి ఉన్నాయి. వివిధ పదార్థాలు మరియు ఉష్ణోగ్రతలలో చిరల్ ఫోనాన్ సంతకాలు ఎంత బలంగా ఉంటాయి, దాన్ని ఉపయోగకరంగా చేసే క్రమాన్ని నాశనం చేయకుండా ఒక స్థితిని ఎంత వేగంగా మార్చవచ్చు, మరియు అదే ఆప్టికల్ ప్రోబ్ను చదవడంతో పాటు రాయడానికి కూడా అనుకూలపరచవచ్చా అనేది పరిశోధకులు నిర్ణయించాల్సి ఉంటుంది.

ఈ పని యొక్క విస్తృత ప్రాముఖ్యత పద్ధతిపరమైనది. మల్టీపోలార్ అయస్కాంత క్రమాలు ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ధారించడం చాలా కష్టం కావడం వల్లనే సంవత్సరాలుగా ఊహించబడ్డాయి మరియు చర్చించబడ్డాయి. కాంతి-ప్రేరిత కంపన స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఆక్టుపోలార్ స్థితిని బహిర్గతం చేయగలదని ప్రదర్శించడం, ఆ ఊహలను నేరుగా పరీక్షించడానికి పరిశోధకులకు కొత్త పరికరాన్ని ఇస్తుంది.

ప్రస్తుతానికి, ఈ ఫలితం ఒక విశ్వవిద్యాలయ క్వాంటం భౌతిక శాస్త్ర బృందం నుండి, పీర్-రివ్యూడ్ జర్నల్లో ప్రచురితమైన సూత్ర ప్రదర్శనగా నిలుస్తుంది. దాని ప్రాముఖ్యత ఏ ఒక్క పరికరంలో కాదు, ఒక దాగిన అయస్కాంతత్వ రూపం కనిపించేలా చేయబడిందనే వాస్తవంలో ఉంది — మరియు దాగిన అయస్కాంతత్వ రూపం, ఒకసారి కనిపించిన తర్వాత, ఇంజినీర్లు దాన్ని నియంత్రించడం గురించి ఆలోచించడం ప్రారంభించగలిగే వస్తువు అవుతుంది.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదిక ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.