ஃபோட்டானிக் குவாசிகிரிஸ்டலில் மூன்று கட்ட மாறுபாடு

பேராசிரியர் ஸ்டெபனோ லோங்கி (மிலன் பாலிடெக்னிக் நிறுவனம்) மற்றும் பேராசிரியர் அலெக்சாண்டர் ஸ்ஸாமெய்ட் (ரோஸ்டாக் பல்கலைக்கழகம்) குழுவைச் சேர்ந்த இயற்பியலாளர்கள் மூன்று கட்ட மாற்றத்தைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். முக்கியமான தருணத்தில், ஒரு சிக்கலான செயற்கைப் பொருளின் மூன்று அடிப்படை பண்புகள் திடீரென மாறுகின்றன: இடவியல், கடத்துத்திறன் மற்றும் சுற்றுச்சூழலுடன் ஆற்றல் பரிமாற்றம். இந்த மூன்று முக்கிய பண்புகள் ஒன்றுக்கொன்று தனித்து செயல்படும். இந்த கண்டுபிடிப்பு சமீபத்தில் நேச்சர் இதழில் வெளியிடப்பட்டது மற்றும் சிக்கலான பொருட்களின் உள் செயல்பாடுகளைப் பற்றிய முழுமையான புரிதலுக்கு வழி வகுக்கும்.

கட்ட மாற்றங்கள் என்பது ஒரு பொருளின் பண்புகள் திடீரென மாறுவது. எடுத்துகாட்டாக, 0 டிகிரி செல்சியஸ் (32 டிகிரி பாரன்ஹீட்) வெப்பநிலையில் இருந்து சிறிய விலகல்கள் நீர் அதன் திரவ வடிவில் உள்ளதா அல்லது திடமான பனி மற்றும் பனியாக இருக்கிறதா என்பதை தீர்மானிக்கிறது. இரண்டு பண்புகள் ஒரே நேரத்தில் மாறும் நிலை, இங்கு மாற்றங்கள் குறைவாகவே காணப்படுகின்றன. மீக்கடத்திகள் என்று அழைக்கப்படுபவை முழுமையான பூஜ்ஜியத்தை (-273 டிகிரி செல்சியஸ் / -460.4 டிகிரி பாரன்ஹீட்) நோக்கி குளிர்விக்கப்படுவதால், அவை மின் எதிர்ப்பை முழுவதுமாக இழந்து ஒரே நேரத்தில் காந்த பண்புகளை மாற்றுகின்றன. மூன்று வெவ்வேறு பண்புகளை இணைக்கும் கட்ட மாற்றங்கள் இன்னும் மழுப்பலாக உள்ளன. அதிநவீன ஒளியியல் தொழில்நுட்பங்களுடன், பேராசிரியர் அலெக்சாண்டர் ஸாமைட் தலைமையிலான குழு சமீபத்தில் இதுபோன்ற ஒரு மழுப்பலான மூன்று கட்ட மாற்றம் இருப்பதை வெளிப்படுத்தியது, இதில் ஒரு பொருளின் மூன்று தனித்தனியான பண்புகள் கூட்டாக ஒரு திடீர் மாற்றத்திற்கு உட்படுகின்றன.

“குவாசிகிரிஸ்டல்கள் எனப்படும் ஒரு குறிப்பிட்ட வகை திடப்பொருட்களில், மூன்று அடிப்படை பண்புகள் எதிர்பாராத விதமாக ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டிருப்பதை நாங்கள் கண்டுபிடித்தோம்,” என்று பேராசிரியர் ஸாமைட் விளக்குகிறார். குவாசிகிரிஸ்டல்கள், அதன் கண்டுபிடிப்பு 2011 இல் நோபல் பரிசுக்கு வழிவகுத்தது, அவை இயற்கையில் மிகவும் அரிதான கட்டமைப்புகளில் ஒன்றாகும். இந்த வகுப்பில் உள்ள இரண்டு தாதுக்கள் ரஷ்ய தூர கிழக்கில் ஒரு விண்கல்லில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன, எனவே அவை உண்மையில் பூமிக்கு அப்பாற்பட்டவை. “இந்த கவர்ச்சிகரமான நிறுவனங்களின் சிறப்பியல்புகளைப் படிக்க, ஒரு கிலோமீட்டர் நீளமான ஆப்டிகல் ஃபைபர்களில் ஒளியின் பாதைகளைப் பின்னிப் பிணைத்தோம். இதன் விளைவாக வரும் சிக்கலான இயக்கவியல், குவாசிகிரிஸ்டல்களில் எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத்தை உண்மையாகப் பிரதிபலிக்கிறது,” என்று Ph.D மாணவர் Sebastian Weidemann விளக்குகிறார். இவர் டாக்டர் மார்க் க்ரீமருடன் இணைந்து சோதனைகளை வடிவமைத்து நடத்தினார். “இந்த அமைப்புகளில் ஒளி பரவலைப் படிக்கும்போது, ​​மூன்று கட்ட மாற்றத்தின் வியக்கத்தக்க கண்டுபிடிப்பை நாங்கள் செய்தோம், இதில் செயற்கை குவாசிகிரிஸ்டலுக்கும் அதன் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையிலான இடவியல், கடத்துத்திறன் மற்றும் ஆற்றல் பரிமாற்றம் திடீரென மாறுகிறது.” என்று செபாஸ்டியன் மேலும் கூறுகிறார்.

ஒரு பொருளின் இடவியல் அதன் வலிமையான விளிம்பு மின்னோட்டங்களை ஆதரிக்கும் திறனைக் குறிக்கிறது; ஒரு கருத்து, இது 2016 இல் நோபல் பரிசுடன் வழங்கப்பட்டது. ஒரு பொருளின் உள் அமைப்பு எந்த மின்னோட்டம் முதலில் பாய முடியும் என்பதை தீர்மானிக்கிறது. இந்த நிகழ்வுக்கான அடிப்படையான யோசனை 1977-இல் நோபல் பரிசுடன் கௌரவிக்கப்பட்டது. சுற்றுச்சூழலுடன் ஆற்றல் பரிமாற்றத்தை முறையாக விவரிக்கும் முயற்சி இறுதியில் PT-சமச்சீர் என்ற கருத்துக்கு வழிவகுத்தது, இது 1998 வரை இயற்பியலில் அறிமுகப்படுத்தப்படவில்லை. ஆயினும்கூட, இந்த கருத்துக்கள் பெரும்பாலும் ஒன்றுகொன்று தனித்து இருப்பதாகத் தோன்றியது. “எங்கள் முடிவுகள் அவை இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படாத ஆழமான இணைப்பின் மூன்று அம்சங்களாக இருக்கலாம் என்பதை நிரூபிக்கின்றன” என்று Szameit முடிக்கிறார். “அத்தகைய மூன்று கட்ட மாற்றத்தின் கண்டுபிடிப்பு மற்றும் இடவியல், கடத்துத்திறன் மற்றும் ஆற்றல் பரிமாற்றத்தின் சாத்தியமான ஒருங்கிணைப்பு, ஒளி முதல் ஒலி மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் வரையிலான அனைத்து வகையான அலைகளையும் பரப்புவதற்கான அடிப்படை அறிவியலில் ஒரு முன்னேற்றத்தைக் குறிக்கிறது.”

இந்த கண்டுபிடிப்புகள் சமீபத்தில் புகழ்பெற்ற நேச்சர் இதழில் வெளியிடப்பட்டன.

References:

• Lu, Y. H., Wang, Y., Mei, F., Chang, Y. J., Zheng, H., Jia, S., & Jin, X. M. (2022). Observing multifarious topological phase transitions with real-space indicator. Nanophotonics, 11(1), 153-160.
• Longhi, S. (2019). Topological phase transition in non-Hermitian quasicrystals. Physical review letters, 122(23), 237601.
• Verbin, M., Zilberberg, O., Kraus, Y. E., Lahini, Y., & Silberberg, Y. (2013). Observation of topological phase transitions in photonic quasicrystals. Physical review letters, 110(7), 076403.
• Fischer, S., Exner, A., Zielske, K., Perlich, J., Deloudi, S., Steurer, W., & Förster, S. (2011). Colloidal quasicrystals with 12-fold and 18-fold diffraction symmetry. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(5), 1810-1814.
• Hajivandi, J., & Kurt, H. (2020). Topological phase transition of the centered rectangular photonic lattice. arXiv preprint arXiv:2005.11916.