यदि आपने हाल ही में कोलंबिया समाचार या अन्य जगहों पर क्वांटम अनुसंधान के बारे में कोई कहानी पढ़ी है, तो आपने यह शब्द सुना होगा 2डी या द्वि-आयामी सामग्री।
ग्राफीन की परमाणु संरचना का एक चित्रण, अति-मजबूत 2डी कार्बन का एक रूप।
जनवरी में, कोलंबिया के रसायनज्ञों ने पहले के बारे में एक अध्ययन प्रकाशित किया 2डी भारी फर्मियन, बहुत भारी इलेक्ट्रॉनों वाली सामग्री का एक वर्ग। नवंबर में, इंजीनियरिंग स्कूल ने "पर एक कहानी प्रकाशित कीलेज़र-ड्राइविंग एक 2डी सामग्री।” और पिछले साल की शुरुआत में, शोधकर्ताओं ने एक ही 2डी सामग्री में सुपरकंडक्टिविटी और फेरोइलेक्ट्रिसिटी दोनों पाईं। सूची चलती जाती है।
तो, 2डी सामग्रियां क्या हैं और वैज्ञानिक इतनी रुचि क्यों रखते हैं?
द्वि-आयामी सामग्रियां बिल्कुल वैसी ही हैं जैसी वे लगती हैं: ऐसी सामग्रियां जो केवल 1 या 2 परमाणु मोटी होती हैं लेकिन हर दूसरी दिशा में व्यापक होती हैं। अक्सर वैज्ञानिक जिन 2डी सामग्रियों के साथ काम कर रहे होते हैं, वे कुछ वर्ग माइक्रोमीटर बड़े होते हैं - जो नग्न आंखों के लिए अदृश्य होते हैं, लेकिन उस तरह के माइक्रोस्कोप से दिखाई देते हैं, जिसका उपयोग आपने हाई स्कूल विज्ञान कक्षाओं में किया होगा। वैज्ञानिक जिन 2डी सामग्रियों पर काम कर रहे हैं, वे प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाली सामग्रियों का मिश्रण हैं, जैसे ग्राफीन, 2004 में कोलंबिया में खोजा गया अल्ट्रा-मजबूत कार्बन का एक रूप, और प्रयोगशालाओं में संश्लेषित सामग्री, जैसे सीसिल, एक क्रिस्टल जो पहली बार पिछले साल कोलंबिया में इकट्ठा हुआ था। सेरियम, सिलिकॉन और आयोडीन से बना है। ये सामग्रियां आमतौर पर त्रि-आयामी के रूप में शुरू होती हैं, और वैज्ञानिक उन पर प्रयोग चलाने के लिए उन्हें दो आयामों तक छीलते हैं और पता लगाते हैं कि भौतिक गुण क्या हैं, जैसे अतिचालकता or चुंबकत्व, तब उभर सकता है जब सामग्री परमाणु-सपाट हो। वैज्ञानिक 2डी सामग्री को 3डी से अलग किए बिना, खरोंच से बनाने के नए तरीके विकसित करने पर काम कर रहे हैं, लेकिन इनकी गुणवत्ता अभी भी अपूर्ण है।
कई चीजें 2डी सामग्रियों को दिलचस्प बनाती हैं लेकिन प्राथमिक बात यह है कि वे उन तरीकों को सीमित करती हैं जिनसे इलेक्ट्रॉन जैसे कण उनके भीतर घूम सकते हैं। कोलंबिया केमिस्ट जेवियर रॉय समझाने के लिए यातायात सादृश्य का उपयोग किया:
“इसे इस तरह से सोचें: यदि हमारे पास उड़ने वाली कारें हों जो त्रि-आयामी अंतरिक्ष में यात्रा कर सकें, तो हम न्यूयॉर्क में अधिकांश यातायात को कम करने में सक्षम होंगे। लेकिन चूंकि हमारी वर्तमान कारें केवल दो-आयामों में यात्रा कर सकती हैं, इसलिए हमें टाइम्स स्क्वायर में भारी ट्रैफिक जाम का सामना करना पड़ता है, ”रॉय ने एक हालिया साक्षात्कार में कहा।
“जब हम 3डी से 2डी की ओर बढ़ते हैं तो इलेक्ट्रॉनों के लिए भी यही बात होती है, लेकिन हमारे मामले में, इलेक्ट्रॉनों के बीच 'ट्रैफिक' फायदेमंद है! जैसे-जैसे ये इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन मजबूत होते जाते हैं, हम किसी सामग्री के गुणों को पूरी तरह से बदल सकते हैं। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे 3डी भारी फ़र्मियन सामग्रियों की मोटाई कम होती जाती है (यानी जैसे-जैसे वे अधिक 2डी होते जाते हैं), वे चुंबकीय से अतिचालक में परिवर्तित हो सकते हैं।
द्वि-आयामी सामग्रियों को भी अपेक्षाकृत आसानी से मोड़ा जा सकता है: परतों के बीच मामूली कोणों के साथ उन्हें ढेर करना, विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र जैसी ताकतों को लागू करना, और सामग्रियों को मोड़कर या उन पर दबाव डालकर उनके गुणों को बदल सकते हैं। केवल एक उदाहरण लें: टंगस्टन डिसेलेनाइड नामक सामग्री की दो शीटों को एक दूसरे के ऊपर रखकर, उन्हें मोड़कर, और विद्युत आवेश जोड़कर या हटाकर, सामग्री विद्युत-संचालन धातु से विद्युत-अवरोधक इन्सुलेटर पर स्विच कर सकते हैं और फिर से वापस।
वैज्ञानिक प्रौद्योगिकी में 2डी सामग्रियों के संभावित उपयोग से भी उत्साहित हैं, जिन्हें वैज्ञानिक अक्सर "अनुप्रयोग" के रूप में संदर्भित करते हैं।
द्वि-आयामी सामग्रियां संभवतः अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगी, जिसमें अभी भी विकासाधीन क्वांटम कंप्यूटर भी शामिल हैं। क्यों? बड़े हिस्से में, क्योंकि 2डी सामग्रियां अद्वितीय, नियंत्रणीय गुणों (जैसे अतिचालकता) के साथ अति-छोटी होती हैं, और प्रौद्योगिकी हमेशा किसी ऐसी चीज़ की तलाश में रहती है जो अधिक तेज़ी से, अधिक कुशलता से और कम जगह का उपयोग करके परिणाम प्राप्त कर सके।
स्रोत: कोलंबिया विश्वविद्यालय
