मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ क्वांटम ऑप्टिक्स (एमपीक्यू) के प्रयोगवादियों और चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (सीएएस) के सिद्धांतकारों की एक टीम पहली बार एक नए प्रकार के अणु, तथाकथित फ़ील्ड-लिंक्ड टेट्राटोमिक अणुओं को आबाद और स्थिर करने में सफल रही है। . ये "सुपरमॉलिक्यूल्स" इतने नाजुक होते हैं कि ये केवल अत्यधिक ठंडे तापमान पर ही मौजूद रह सकते हैं। उनके अस्तित्व पर लंबे समय से संदेह था लेकिन अब तक कभी भी प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित नहीं किया गया है।
इस नए अध्ययन में बनाए गए बहुपरमाणुक अणु दो से अधिक परमाणुओं से बने हैं और इन्हें सफलतापूर्वक 134 नैनोकेल्विन तक ठंडा किया गया है - जो पहले बनाए गए टेट्राटॉमिक अणुओं के तापमान से 3,000 गुना अधिक ठंडा है। यह उपलब्धि न केवल आणविक भौतिकी में एक नवीन उपलब्धि है, बल्कि विदेशी अल्ट्राकोल्ड पदार्थ के अध्ययन में भी एक महत्वपूर्ण कदम है। यह शोध नेचर में प्रकाशित हुआ है ।
लगभग दो दशक पहले, अमेरिकी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जॉन बोहन और उनके सहयोगियों ने ध्रुवीय अणुओं के बीच एक नए प्रकार के बंधन की भविष्यवाणी की थी: यदि अणुओं में एक असममित रूप से वितरित चार्ज होता है - जिसे भौतिक विज्ञानी ध्रुवीयता कहते हैं - तो वे एक विद्युत क्षेत्र में संयोजित होकर कमजोर रूप से बंधे "सुपरमोलेक्यूल्स" बना सकते हैं। ।"
इन ध्रुवीय अणुओं के व्यवहार को एक कठोर खोल के अंदर कम्पास सुइयों के रूप में सोचा जा सकता है। जब कंपास सुइयों को एक साथ करीब लाया जाता है, तो वे एक आकर्षण का अनुभव करते हैं जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र से अधिक मजबूत होता है और वे उत्तर की ओर संरेखित होने के बजाय एक दूसरे की ओर इशारा करते हैं।
इसी तरह की घटना ध्रुवीय अणुओं के साथ देखी जा सकती है, जो विशिष्ट परिस्थितियों में, विद्युत बलों के माध्यम से एक अद्वितीय बाध्य अवस्था बना सकते हैं। उनका बंधन कुछ हद तक एक नाचते हुए जोड़े की याद दिलाता है जो एक-दूसरे को कसकर पकड़ते हैं और साथ ही लगातार एक निश्चित दूरी बनाए रखते हैं।
सुपरमॉलिक्यूल्स की बंधी हुई अवस्था सामान्य रासायनिक बंधों की तुलना में बहुत कमजोर होती है, लेकिन साथ ही साथ यह लंबे समय तक पहुंचती भी है। सुपरमोलेक्यूल्स दूरियों पर एक बंधन लंबाई साझा करते हैं जो सामान्य रूप से बंधे अणुओं की तुलना में कई सौ गुना अधिक लंबी होती है।
इस लंबी दूरी की प्रकृति के कारण, ऐसे सुपरमोलेक्यूल्स अत्यधिक संवेदनशील होते हैं: यदि विद्युत क्षेत्र के मापदंडों को एक महत्वपूर्ण मूल्य पर केवल थोड़ा सा बदला जाता है, तो अणुओं के बीच की ताकतें नाटकीय रूप से बदल जाती हैं - एक घटना जिसे "फील्ड-लिंक्ड अनुनाद" कहा जाता है। " यह शोधकर्ताओं को माइक्रोवेव क्षेत्र के साथ अणुओं के आकार और आकार को लचीले ढंग से बदलने में सक्षम बनाता है।
तीन भागों में एक नाटक: डायटोमिक से टेट्राटोमिक अणुओं तक
अल्ट्राकोल्ड पॉलीएटोमिक अणुओं में एक समृद्ध आंतरिक संरचना होती है जो शीत रसायन विज्ञान, सटीक माप और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण में रोमांचक नई संभावनाएं प्रदान करती है । हालाँकि, डायटोमिक अणुओं की तुलना में उनकी उच्च जटिलता प्रत्यक्ष लेजर शीतलन और बाष्पीकरणीय शीतलन जैसी पारंपरिक शीतलन तकनीकों के रोजगार के लिए एक बड़ी चुनौती है।
एमपीक्यू में "एनएके लैब" (सोडियम पोटेशियम लैब) के शोधकर्ताओं ने, डॉ. ज़िन-यू लुओ, डॉ. टिमोन हिल्कर और प्रो. इमैनुएल बलोच के नेतृत्व में, हाल के वर्षों में अग्रणी और प्रकृति -प्रकाशित खोजों की एक श्रृंखला हासिल की है, जो अंततः इस चुनौती पर काबू पाने के लिए महत्वपूर्ण थे।
सबसे पहले, 2021 में, इस प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं ने एक उच्च-शक्ति घूर्णन माइक्रोवेव क्षेत्र का उपयोग करके ध्रुवीय अणुओं के लिए एक नवीन शीतलन तकनीक का आविष्कार किया, और इस तरह एक नया निम्न-तापमान रिकॉर्ड स्थापित किया: शून्य से 273.15 डिग्री सेल्सियस पर पूर्ण शून्य से एक डिग्री ऊपर 21 अरबवां।
एक साल बाद, शोधकर्ता पहली बार बिखरने वाले प्रयोगों में इन अणुओं के बीच बंधन के हस्ताक्षर का निरीक्षण करने के लिए आवश्यक स्थितियां बनाने में सफल रहे। इसने इन सैद्धांतिक रूप से लंबे समय से पूर्वानुमानित विदेशी निर्माणों के अस्तित्व का पहला अप्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान किया।
अब, इसका प्रत्यक्ष प्रमाण भी मौजूद है क्योंकि शोधकर्ता अपने प्रयोग में इन सुपरमॉलिक्यूल्स को बनाने और स्थिर करने में सक्षम हैं। इन "सुपरमॉलेक्यूल्स" की इमेजिंग से उनकी पी-वेव समरूपता का पता चला - एक अनूठी विशेषता जो टोपोलॉजिकल क्वांटम सामग्रियों की प्राप्ति में महत्वपूर्ण है, जो बदले में दोष-सहिष्णु क्वांटम गणना के लिए प्रासंगिक हो सकती है।
ज़िंग-यान चेन, पीएच.डी. कहते हैं, "इस शोध के तत्काल और दूरगामी प्रभाव होंगे।" उम्मीदवार और पेपर के पहले लेखक। "चूंकि यह विधि आणविक प्रजातियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर लागू होती है, यह अल्ट्राकोल्ड पॉलीएटोमिक अणुओं की बहुत अधिक विविधता का पता लगाने की अनुमति देती है। भविष्य में, यह और भी बड़े और लंबे समय तक जीवित रहने वाले अणुओं को बनाने की अनुमति दे सकती है जो विशेष रूप से परिशुद्धता के लिए दिलचस्प होगी मेट्रोलॉजी या क्वांटम रसायन विज्ञान।"
प्रयोग के प्रमुख अन्वेषक डॉ. लुओ कहते हैं, "सीएएस के प्रोफेसर ताओ शी और उनकी टीम के साथ हमारे घनिष्ठ सहयोग के कारण हम इन निष्कर्षों पर पहुंचे।" "हमारा अगला लक्ष्य बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) बनाने के लिए इन बोसोनिक 'सुपरमोलेक्यूल्स' को और ठंडा करना है, जहां अणु सामूहिक रूप से एक साथ चलते हैं। यह संभावना क्वांटम भौतिकी की हमारी मौलिक समझ के लिए महत्वपूर्ण क्षमता रखती है। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि बस एक माइक्रोवेव क्षेत्र को ट्यूनिंग करते हुए, 'सुपरमोलेक्युलस' का एक बीईसी विशेष पी-वेव समरूपता को संरक्षित करते हुए फर्मिओनिक अणुओं के एक नए क्वांटम द्रव में बदल सकता है।
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