ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಿಂದ ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಹೀಲಿಯಂನಲ್ಲಿ ‘ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಯ ಎರಡು ಪ್ರಭೇದಗಳು ಪತ್ತೆ

ಜೋಯಲ್ ಪಿ.ಜೋಸೆಫ್

ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಹೀಲಿಯಂ (ಹೀಲಿಯಂನ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆ ರಹಿತ ಸ್ಥಿತಿ)ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ಪ್ರಭೇದದ ‘ನಿಯಮಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾಕ್  ಗುಳ್ಳೆಗಳು (ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು- ಫ್ಯೂ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬಬ್ಬಲ್ಸ್) ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಇದೇ ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ (ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ) ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಹೊಸ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ತೋರಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಯಾವುದೇ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಚೈತನ್ಯ ಮಟ್ಟಗಳು ಹಾಗೂ ಅವುಗಳ ನಡುವಿನ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದನೆಯು ಆ ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಪ್ರಭಾವಿಸಬಲ್ಲವು ಎಂಬುದರ ಕುರಿತು ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸಲು ಈ ಎಫ್,ಇ.ಬಿ.ಗಳು ಬಲು ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗದಲ್ಲಿ ಹಿಂದೆ ಪಿಎಚ್.ಡಿ. ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯಾಗಿದ್ದ ನೇಹಾ ಯಾದವ್, ನ್ಯಾನೊ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಕೇಂದ್ರದ (CeNSE- ಸೆನ್ಸ್)  ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಪ್ರೊಸೆನ್ ಜಿತ್ ಸೆನ್ ಮತ್ತು ‘ಸೆನ್ಸ್’ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಅಂಬರೀಶ್ ಘೋಷ್ ಅವರನ್ನು ತಂಡ ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಈ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯು ‘ಸೈನ್ಸ್ ಅಡ್ವಾನ್ಸಸ್’ (Science Advances)ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿದೆ.

ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಹೀಲಿಯಂಗೆ ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನನ್ನು ಸೇರಿಸಿದಾಗ ಏಕೈಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗುಳ್ಳೆಯನ್ನು (ಎಸ್.ಇ.ಬಿ.- ಸಿಂಗಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬಬ್ಬಲ್) ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆಂದರೆ, ಹೀಲಿಯಂ ಅಣುಗಳೇ ಇಲ್ಲದ ಕೇವಲ ಒಂದೇ ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇರುವ ‘ಡೊಗರು’ ಇದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇಂತಹ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಈ ಡೊಗರಿನ ಆಕಾರವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಚೈತನ್ಯದ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಆಧರಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಆಧಾರ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ (1S- ಗ್ರೌಂಡ್ ಸ್ಟೇಟ್)  ಡೊಗರು ಗೋಳಾಕಾರದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ ಮತ್ತೊಂದು ವಿಷಯವೆಂದರೆ, ಬಹುಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ, ಅಂದರೆ ಸಾವಿರಾರು ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗುಳ್ಳೆಗಳಿರುವ ಸ್ಥಿತಿಯೂ ಇರಬಹುದು (ಇದನ್ನು ಎಂ.ಇ.ಬಿ.- ಮಲ್ಟಿಪಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬಬ್ಬಲ್ ಎನ್ನಲಾಗುತ್ತದೆ).

Theoretically calculated shapes (not to scale) and spatial arrangement of the electrons for FEBs. Also shown is the range of pressures where the respective FEBs are stable against small fluctuations. Image showing FEBs trapped on the vortex line and exploding. Credit: Neha Yadav

ಹೀಲಿಯಂ ದ್ರವದಲ್ಲಿರುವ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ನ್ಯಾನೊ ಮೀಟರ್ ಗಾತ್ರದ ಡೊಗರುಗಳಾಗಿದ್ದು ಕೆಲವೇ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಈ ಮುಕ್ತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ, ಅವುಗಳ ಚೈತನ್ಯ ಸ್ಥಿತಿ ಹಾಗೂ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದನಗಳು ವಸ್ತುಗಳ ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ನಿರ್ದೇಶಿಸುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಅಧ್ಯಯನವು, ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಕೆಲವೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದಿಸಿದಾಗ ಈ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಹೇಗೆ ಹೊರಹೊಮ್ಮುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಪಷ್ಟತೆಯೊಂದಿಗೆ ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳಲು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಿಗೆ ನೆರವು ನೀಡುತ್ತವೆ. ತಂಡದ ತಜ್ಞರ ಪ್ರಕಾರ, ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುವ ವಿಧಾನವನ್ನು ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮುಂದಿನ ತಲೆಮಾರಿನ ಕ್ವಾಂಟಂ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾಗಲಿರುವ ಮೃದು ಸಾಮಗ್ರಿಗಳ ಸ್ವಯಂ-ಜೋಡಣೆ ಬಗ್ಗೆ ಒಳನೋಟಗಳನ್ನು ಲಭ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. “ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಇದುವರೆಗೆ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಇರುವಿಕೆ ಬಗ್ಗೆ ತಾತ್ತ್ವಿಕ ಪ್ರತಿಪಾದನೆಯನ್ನಷ್ಟೇ ಮಾಡಿದ್ದರು. ನಾವು ಈಗ ಇದೇ ಮೊದಲ ಸಲ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಿದ್ದು, ಅವು ಹೇಗೆ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ನೇಹಾ ಯಾದವ್. “ಇವುಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸಿ ಸೆರೆ ಹಿಡಿಯುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾದರೆ ಮಹತ್ವದ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುವಂತಹ ವಸ್ತುಗಳು ಇವಾಗಿರುತ್ತವೆ” ಎಂದೂ ಅವರು ಹೇಳುತ್ತಾರೆ.

ಯಾದವ್ ಮತ್ತು ಅವರ ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ಗಳ ಅಳತೆಯಲ್ಲಿ ಎಂ.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಸ್ಥಿರತೆ ಕುರಿತು ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸುತ್ತಿದ್ದಾಗ ಅನಿರೀಕ್ಷಿತವಾಗಿ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ಕಂಡುಕೊಂಡರು.  ತಕ್ಷಣವೇ ಅವರಿಗೆ ಖುಷಿಯಾಗುವ ಜೊತೆಗೆ ಸಂದೇಹಗಳೂ ಹುಟ್ಟಿದವು. “ಇವು ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ಎನ್ನುವುದನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಮುನ್ನ ಬಹಳಷ್ಟು ಸಂಖ್ಯೆಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ಮಾಡಬೇಕಾಯಿತು” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಘೋಷ್.

ಸಂಶೋಧಕರು ಮೊದಲಿಗೆ ಹೀಲಿಯಂ ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈನಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾದ ಟಂಗ್ಸ್ ಟನ್ ತಂತುವಿನ ತುದಿಗೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹಾಯಿಸಿದರು. ಆಮೇಲೆ ಅವರು, ಅಲ್ಟ್ರಾಸಾನಿಕ್ ಟ್ರ್ಯಾನ್ಸ್ ಡ್ಯೂಸರ್ ಬಳಸಿ ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟಗೊಂಡ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡದ ಅಲೆ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುವಂತೆ ಮಾಡಿದರು. ಹೀಗೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಎರಡು ಪ್ರಭೇದಗಳ- 8 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುವ ಮತ್ತು 6 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳಿರುವ- ಗುಳ್ಳೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಈ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಕನಿಷ್ಠ 15 ಮಿಲಿಸೆಕೆಂಡುಗಳವರೆಗೆ (ಕ್ವಾಂಟಂ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಸಮಯದ ಅತ್ಯಲ್ಪ ಅವಧಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತವೆ) ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದುದು ಕಂಡುಬಂತು. ಹೀಗಾಗಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಅವನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿದು ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸುವುದಕ್ಕೂ ಅವಕಾಶವಾಗುತ್ತದೆ.

“ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್- ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದನ ಹಾಗೂ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್- ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದನ ಎರಡನ್ನೂ ಹೊಂದಿರುವ ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು” ಎಂದೂ ನೇಹಾ ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಹಾಗೂ ಸ್ನಿಗ್ಧ ದ್ರವಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಸೇರಿದಂತೆ ಹಲವಾರು ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ಗ್ರಹಿಸಲು ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಿಗೆ ನೆರವಾಗುತ್ತವೆ. ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಅತಿವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ತು ಹೇಗೆ ನಿರೋಧತೆಯೇ ಇಲ್ಲದೆ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೋ, ಅದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಹೀಲಿಯಂ ಕೂಡ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಶಾಖವನ್ನು ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೆ.  ಆದರೆ ‘ವೊರ್ಟಿಸಿಸ್’ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿನ ನ್ಯೂನತೆಗಳು ಉಷ್ಣವಾಹಕತೆಯನ್ನು ತಗ್ಗಿಸಬಹುದು. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ತಜ್ಞರು ಕಂಡುಕೊಂಡಿರುವಂತೆ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳು ವೊರ್ಟಿಸಿಸ್ ಗಳ ಕೇಂದ್ರಭಾಗದಲ್ಲಿ ಇರುವುದರಿಂದ ವೊರ್ಟಿಸಿಸ್ ಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಹೇಗೆ ಪ್ರತಿಸ್ಪಂದಿಸುತ್ತವೆ ಹಾಗೂ ಸೂಪರ್ ಫ್ಲೂಯಿಡ್ ಹೀಲಿಯಂನಲ್ಲಿ ಶಾಖ ಹೇಗೆ ಪ್ರವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸುವುದಕ್ಕೂ ಇದು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

“ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳ ಇನ್ನಿತರ ಪ್ರಭೇಗಳೇನಾದರೂ ಇವೆಯೇ ಹಾಗೂ ಕೆಲವು ಪ್ರಭೇದಗಳು ಹೇಗೆ ಇನ್ನಿತರ ಪ್ರಭೇದಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಎನ್ನುವುದನ್ನು ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳುವುದು ನಮ್ಮ ಮುಂದಿನ ಆಲೋಚನೆಯಾಗಿದೆ” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಘೋಷ್. “ದೀರ್ಘಾವಧಿಯಲ್ಲಿ ಈ ಎಫ್.ಇ.ಬಿ.ಗಳನ್ನು ಕ್ವಾಂಟಂ ಸಿಮ್ಯುಲೇಟರ್ ಗಳಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದಾಗಿದ್ದು, ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಹೊಸ ಮಾಪನ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವ ಅಗತ್ಯವಿದೆ” ಎಂದೂ ಅವರು ಹೇಳುತ್ತಾರೆ.

ಉಲ್ಲೇಖ:

ಯಾದವ್ ಎನ್, ಸೇನ್ ಪಿ, ಘೋಷ್ ಎ, Bubbles in Superfluid Helium Containing Six and Eight Electrons: Soft, Quantum Nanomaterial, Science Advances, Volume 7(28), 2021.

https://advances.sciencemag.org/content/7/28/eabi7128

ಸಂಪರ್ಕಿಸಿ:

ಅಂಬರೀಷ್ ಘೋಷ್
ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು, ನ್ಯಾನೊ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಕೇಂದ್ರ (CeNSE)
ambarish@iisc.ac.in
+91-80-22932442

ನೇಹಾ ಯಾದವ್,
ಹಿಂದಿನ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ
ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗ
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐ.ಐ.ಎಸ್ ಸಿ.)
nehayadav0020@gmail.com

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——