कैलिफ़ोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैल्टेक) और येल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने संयुक्त राज्य अमेरिका में एक उन्नत विधि विकसित की है ताकि उच्च सटीकता के साथ कोंडो प्रभाव की गणना की जा सके। यह क्वांटम भौतिकी की एक घटना है जो चुंबकीय अशुद्धियों वाले धातुओं के विद्युत प्रतिरोध को प्रभावित करती है।
यह प्रगति सैद्धांतिक मौलिक गणनाओं के माध्यम से वास्तविक सामग्रियों की विशेषताओं का अनुमान लगाने की अनुमति देती है, जिससे शुरू में प्रायोगिक डेटा की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। यह अध्ययन पत्रिका साइंस में प्रकाशित हुआ था और जटिल व्यवहार प्रदर्शित करने वाले इलेक्ट्रॉनों वाली सामग्रियों की समझ में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतीक है।
कुछ स्थितियों में, नई पद्धति पिछली प्रयुक्त सरलीकृत विधियों की तुलना में सौ गुना अधिक सटीक साबित हुई है। इसके अलावा, यह तकनीक उच्च तापमान वाले अतिचालकों जैसी अधिक परिष्कृत सामग्रियों के अध्ययन के लिए संभावनाएं खोलती है।
सामान्य तौर पर, धातु का विद्युत प्रतिरोध तापमान कम होने पर कम होने की प्रवृत्ति रखता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों की गति आसान हो जाती है। हालांकि, जब सामग्री में छोटी चुंबकीय अशुद्धियाँ होती हैं, तो यह पैटर्न नाटकीय रूप से बदल सकता है। एक विशिष्ट तापमान से नीचे, जिसे कोंडो तापमान कहा जाता है, विद्युत प्रतिरोध फिर से बढ़ने लगता है।
यह धातु के इलेक्ट्रॉनों और चुंबकीय अशुद्धियों से जुड़े इलेक्ट्रॉनों के बीच की परस्पर क्रिया के कारण होता है। इस तरह की परस्पर क्रिया में परमाणुओं के चुंबकत्व को रद्द करने और साथ ही विद्युत धारा के प्रवाह को बाधित करने की क्षमता होती है।
हालांकि शामिल तंत्र वैज्ञानिकों द्वारा ज्ञात थे, लेकिन इतनी सटीकता के साथ कोंडो प्रभाव के व्यवहार की भविष्यवाणी करना एक बड़ी बाधा थी। तापमान, चुंबकत्व और इलेक्ट्रॉनिक गुणों के बीच की परस्पर क्रिया सूक्ष्म पैमानों पर होती है, जो कई पिंडों की समस्या के रूप में जाने जाने वाले एक जटिल क्वांटम समस्या का निर्माण करती है।
पहले, शोधकर्ता इस घटना का अनुमान लगाने के लिए सरलीकृत मॉडल और व्यावहारिक परीक्षणों पर निर्भर थे। हालांकि, ये दृष्टिकोण विभिन्न धातु संरचनाओं और चुंबकीय अशुद्धियों के व्यवहार की समान सटीकता के साथ भविष्यवाणी करने में विफल रहे।
इस सीमा को दूर करने के लिए, टीम ने 'एब इनिशियो' नामक एक दृष्टिकोण लागू किया, जिसका अर्थ है 'पहले सिद्धांतों से'। यह विधि किसी सामग्री के गुणों को निर्धारित करने के लिए क्वांटम भौतिकी के मूल नियमों का उपयोग करती है, न कि केवल पिछले अवलोकनों पर आधारित अनुमानों पर निर्भर करती है।
शोधकर्ताओं ने एक एकल चुंबकीय परमाणु को अधिक विस्तार से मॉडल करने के लिए रसायन विज्ञान की तकनीकों को एकीकृत किया, जिससे इसे गणितीय रूप से एक बड़े अणु के समान माना गया। बाद में, उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक इंटरैक्शन के बारे में भविष्यवाणियों को बेहतर बनाने के लिए पुनरावृत्तीय गणनाएं कीं।
इस प्रक्रिया के लिए विशाल कम्प्यूटेशनल क्षमता और प्रणाली की जटिलता को प्रबंधित करने के लिए परिष्कृत गणितीय रणनीतियों के उपयोग की आवश्यकता थी। कोंडो प्रभाव के प्रायोगिक मापों के साथ परिणामों का सामना करते हुए, वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि विधि उच्च निष्ठा के साथ सामग्रियों के व्यवहार को दोहराने में सक्षम थी।
कुछ मामलों में, इस दृष्टिकोण द्वारा प्राप्त सटीकता ने सरलीकृत मॉडलों की तुलना में सौ गुना से अधिक प्रदर्शन किया। यह खोज प्रमाणित करती है कि भौतिकी के मूल सिद्धांतों पर आधारित गणना वास्तविक सामग्रियों की विशिष्ट विशेषताओं की भविष्यवाणी कर सकती है।
प्रारंभिक परीक्षण अपेक्षाकृत सरल धातुओं और चुंबकीय अशुद्धियों के संयोजनों के साथ किए गए थे। शोधकर्ता इस चरण को अधिक जटिल प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए एक शुरुआती बिंदु मानते हैं, जहां इलेक्ट्रॉनिक इंटरैक्शन समझाने या भविष्यवाणी करने में कठिन गुण उत्पन्न कर सकते हैं।
संभावित अध्ययन क्षेत्रों में उच्च तापमान वाले अतिचालक और क्वांटम चुंबकीय सामग्री शामिल हैं। अतिचालक कुछ शर्तों के तहत बिना प्रतिरोध के बिजली का संचालन करने की क्षमता रखते हैं, जो विद्युत ग्रिड और कंप्यूटिंग सिस्टम में अनुप्रयोगों के लिए बहुत रुचि पैदा करता है।
ये सामग्रियां अक्सर जटिल इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार प्रदर्शित करती हैं, ठीक उसी प्रकार की समस्या जिसे नई गणनाएं जांचने में सहायता कर सकती हैं। प्रयोग करने से पहले उनके गुणों की भविष्यवाणी करने की संभावना नए सामग्रियों की खोज को बहुत अधिक केंद्रित बना सकती है।
आशाजनक परिणामों के बावजूद, शोधकर्ताओं को अभी भी अधिक जटिल प्रणालियों से निपटने के लिए विधि का विस्तार करने की आवश्यकता है। प्रारंभिक प्रदर्शन से पता चलता है कि वास्तविक सामग्रियों में सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की भविष्यवाणी करना अधिक संभव होता जा रहा है, हालांकि इसका मतलब यह नहीं है कि सभी क्वांटम गुणों की समान सटीकता के साथ गणना की जा सकती है।
