-ರಂಜಿನಿ ರಘುನಾಥ್
ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ ‘ಕ್ವಾಂಟಂ ಹಾಲ್ ಎಫೆಕ್ಟ್’ ಎಂಬ ವಿದ್ಯಮಾನವು ‘ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ಸ್’ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುವ ಅಚ್ಚರಿದಾಯಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ನೆಲೆಯೊದಗಿಸುವ ವೇದಿಕೆಯಾಗಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿದೆ. ಇದು ಕ್ವಾಂಟಂ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಸೇರಿದಂತೆ ಹಲವಾರು ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಕುತೂಹಲಕರ ಆನ್ವಯಿಕತೆಗಳಿಗೆ ಎಡೆಮಾಡಿಕೊಡಬಹುದು. 2ಡಿ (ಎರಡು ಆಯಾಮಗಳ) ವಸ್ತುವೊಂದನ್ನು ಅಥವಾ ಅನಿಲವನ್ನು ಪ್ರಬಲ ಅಯಸ್ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸಿದಾಗ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕ ವಲಯದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಅಂಚುಗಳ ಗುಂಟ ಚಲಿಸಲು ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳ ಈ ರೀತಿಯ ಚಲನೆಯನ್ನು ಎಜ್ ಮೋಡ್ ಅಥವಾ ಚಾನೆಲ್ ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ವಾಟಂ ಹಾಲ್ ಪರಿಣಾಮದ ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಈ ಅಂಚಿನ ಚಲನೆಯು ವಸ್ತುವನ್ನು ಹಾಗೂ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಹಲವಾರು ಆಸಕ್ತಿಕರ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು.
ರೂಢಿಗತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಹಿಸುವ ದಿಕ್ಕು ಅಯಸ್ಕಾಂತ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ನಿರ್ದೇಶನದ ಅನುಸಾರ ಒಂದು ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಇರುತ್ತದೆ (‘ಡೌನ್ ಸ್ಟ್ರೀಮ್’- ನೇರಹರಿವು). ಆದರೆ, ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳು, ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಚಾನೆಲ್’ಗಳನ್ನು, ಅಂದರೆ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳು ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಸಾಗುವ ಪಾತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಊಹಿಸಿದ್ದರು (‘ಅಪ್ ಸ್ಟ್ರೀಮ್’- ವಿರುದ್ಧ ಹರಿವು ಪಾತಿ). ಈ ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿಗಳು ಹೊಸ ರೀತಿಯ ಕ್ವಾಸಿ ಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳಿಗೆ ಆಸರೆ ಒದಗಿಸುತ್ತವೆಯಾದ್ದರಿಂದ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ವಲಯಗಳೇನೋ ಹೌದು. ಆದರೆ, ಈ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳು ತಮ್ಮೊಡನೆ ಯಾವುದೇ ವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ಹೊತ್ತೊಯ್ಯುವುದಿಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಇವನ್ನು ಗುರುತಿಸುವುದು ಬಹಳ ಪ್ರಯಾಸಕರವಾಗಿರುತ್ತದೆ.
ಇದೀಗ ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ (ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ.) ಸಂಶೋಧಕರು ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ತಜ್ಞರ ಸಹಯೋಗದೊಂದಿಗೆ ನಡೆಸಿದ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಪದರಗಳ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ತಟಸ್ಥ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳು ಚಲಿಸುವ “ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿ”ಗಳ ಇರುವಿಕೆಯನ್ನು ನಿಚ್ಚಳವಾಗಿ ದೃಢಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಈ ಮೋಡ್ ಗಳನ್ನು ಅಥವಾ ಚಾನೆಲ್ ಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಂಶೋಧಕರ ತಂಡವು ಹೊಸ ವಿಧಾನವಾದ ‘ವಿದ್ಯುತ್ ಗದ್ದಲ’ವನ್ನು, ಅಂದರೆ, ಶಾಖ ಚೆದುರಿವಿಕೆಯಿಂದ ಔಟ್ ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ನಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುವ ಏರಿಳಿತಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡಿತು.
“ಈ ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪ್ರಚೋದನೆಗಳು ತಟಸ್ಥ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶದಿಂದ ಕೂಡಿದ್ದರೂ ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊತ್ತೊಯ್ಯಬಲ್ಲವು. ಜೊತೆಗೆ, ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವಿನ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಗದ್ದಲ ಬಿಂದುವನ್ನು ಸೃಜನೆ ಮಾಡಬಲ್ಲವು” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗದ ಸಹ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರೂ ಹಾಗೂ ಈ ಅಧ್ಯಯನದ ಲೇಖಕರಲ್ಲೊಬ್ಬರಾದ ಅನಿಂದ್ಯ ದಾಸ್. ಈ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯು ‘ನೇಚರ್ ಕಮ್ಯುನಿಕೇಷನ್ಸ್’ ನಿಯತಕಾಲಿಕದಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಗೊಂಡಿದೆ.
ಬಹುತೇಕ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಈ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನಂತಹ ಮೂಲಭೂತ ಕಣಗಳು ತಂತೊಮ್ಮಳಗೆ ಅಥವಾ ತಮ್ಮ ಸುತ್ತಲಿರುವ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದಿಸಿದಾಗ ಸೃಜನೆಯಾಗುವ ಉದ್ದೀಪಕಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಅವು ಕಣಗಳಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ’ಕುಳಿ’ಯು, ಅಂದರೆ, ಅರೆವಾಹಕವೊಂದರ ಕೊಡಮಾಡಲಾದ ಚೈತನ್ಯ ಸ್ತರವೊಂದರಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಹಿತತೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಬರಿದಾಗುವಿಕೆಯು ಅತ್ಯಂತ ಸರಳ ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾದ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನಂತೆಯೇ ವಸ್ತುವಿನ ಒಳಗೆ ಪ್ರವಹಿಸಬಲ್ಲದು. ಹಾಗೆಯೇ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಮತ್ತು ಕುಳಿ ಜೋಡಿಗಳು ಕೂಡ ವಸ್ತುವಿನ ಅಂಚಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಬಲ್ಲ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಬಲ್ಲವು.
ಈ ಹಿಂದೆ ನಡೆಸಲಾಗಿದ್ದ ಅಧ್ಯಯನಗಳಲ್ಲಿ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನಲ್ಲಿ ಮಜೊರಾನಾ ಫರ್ಮಿಯಾನ್ಸ್ ನಂತಹ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಸಂಶೋಧಕರು ತೋರಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇಂತಹ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳನ್ನು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ದೋಷಸಹಿಷ್ಣು ಕ್ವಾಂಟಂ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದೆಂಬ ಆಶಾವಾದವೂ ಇದೆ. ಇಂತಹ ಕಣಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ‘ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿ’ಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವುದು ಅತ್ಯಂತ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಮುಂಚೆ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ- ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಆಧಾರಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಇಂತಹ ‘ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿ’ಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲಾಗಿತ್ತಾದರೂ, ಭವಿಷ್ಯದ ಆನ್ವಯಿಕತೆಗಳ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ಹೆಚ್ಚು ಭರವಸೆದಾಯಕವಾದ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಹಾಗೂ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ಆಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಇದುವರೆಗೆ ಇದನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿರಲಿಲ್ಲ.
ಈಗ ನಡೆಸಲಾದ ಅಧ್ಯಯನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧಕರು ಎರಡು ಪದರಗಳ ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್ ನ ಅಂಚಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವವನ್ನು ಹಾಕಿದಾಗ, ಶಾಖವು ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರವಹಿಸುವ ಜೊತೆಗೆ, ಅದೇ ದಿಕ್ಕಿನ ಕೆಲವು ಶಾಖಬಿಂದುಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಶಾಖವನ್ನು ಚೆದುರಿಸುವುದನ್ನು ಕಂಡುಕೊಂಡರು. ಇಂತಹ ಬಿಂದುಗಳಲ್ಲಿ ಶಾಖವು ಉಂಟುಮಾಡುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಗದ್ದಲವನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ರೆಸೊನೆನ್ಸ್ ಸರ್ಕೀಟ್ ಮತ್ತು ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಂ ಅನಲೈಜರ್ ನಿಂದ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಬಹುದು.
ವಿರುದ್ಧ-ಹರಿವು ಪಾತಿಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಕ್ವಾಸಿಪಾರ್ಟಿಕಲ್ ಗಳ ಚಲನೆಯು ‘ಬ್ಯಾಲಿಸ್ಟಿಕ್’ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ, ಇಲ್ಲಿ ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯು ಒಂದು ಶಾಖಬಿಂದುವಿನಿಂದ ಮತ್ತೊಂದು ಶಾಖಬಿಂದುವಿಗೆ ಯಾವುದೇ ರೀತಿಯ ಶಕ್ತಿ ನಷ್ಟವಿಲ್ಲದೆ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಇದು ಗ್ಯಾಲಿಯಂ- ಆರ್ಸೆನೈಡ್’ ಆಧಾರಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ ಪ್ರಸರಣ ವರ್ಗಾವಣೆಗಿಂತ (ಡಿಫ್ಯೂಸೀವ್’ ಟ್ರ್ಯಾನ್ಸ್ ಪೋರ್ಟ್) ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಲೇಖಕರು ಹೇಳುವ ಪ್ರಕಾರ, ಈ ರೀತಿಯ ಬ್ಯಾಲಿಸ್ಟ್ರಿಕ್ ಚಲನೆಯು ಶಕ್ತಿ ಕ್ಷಮತೆಯಿಂದ ಕೂಡಿದ ಹಾಗೂ ದೋಷಮುಕ್ತ ಕ್ವಾಂಟಂ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ನೆರವಾಗಬಲ್ಲ ಅಚ್ಚರಿಯ ಸ್ತರಗಳ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಇರುವಿಕೆಯನ್ನು ಕೂಡ ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಉಲ್ಲೇಖ:
ಕುಮಾರ್, ಆರ್., ಶ್ರೀವಾಸ್ತವ್, ಎಸ್.ಕೆ.ಸ್ಪ್ಯಾನ್ಸ್ ಲ್ಯಾಟ್ ಸಿ. et al. Observation of ballistic upstream modes at fractional quantum Hall edges of graphene, Nature Communications, 13, 213 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-27805-4
ಸಂಪರ್ಕಿಸಿ:
ಅನಿಂದ್ಯ ದಾಸ್
ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ
ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗ, ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ.)
anindya@iisc.ac.in, dasanindy@gmail.com
+91-8022932525, +91-8023602600
ಪರ್ತಕರ್ತರಿಗೆ ಸೂಚನೆ:
ಅ) ಈ ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಯನ್ನು ಯಥಾವತ್ತಾಗಿ ಸುದ್ದಿಯಾಗಿ ಪ್ರಕಟಿಸಿದರೆ ದಯವಿಟ್ಟು ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ. ಹೆಸರಿನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಕಟಿಸಿ.
ಆ) ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಏನಾದರೂ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿದ್ದರೆ ದಯವಿಟ್ಟು news@iisc.ac.in or>pro@iisc.ac.in ಗೆ ಬರೆಯಿರಿ.
—–000—–
