परमाणु स्तर पर डबल-स्लिट प्रयोग: टोक्यो के शोध ने पकड़ी परमाणुओं की कंपन-भाषा

स्मार्टफ़ोन और कंप्यूटर के अंदर के सेमीकंडक्टर जैसे-जैसे ज़्यादा शक्तिशाली और छोटे होते जा रहे हैं, गर्मी को नियंत्रित करना उतनी ही बड़ी चुनौती बनता जा रहा है। क्योंकि किसी पदार्थ में गर्मी कैसे बहती है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसके परमाणु कैसे कंपन करते हैं - और परमाणु स्तर पर इसे सीधे देखना मुश्किल रहा है। प्रोफ़ेसर नाओया शिबाता और JSPS शोध फ़ेलो कोदाई ताबाता के नेतृत्व वाली टोक्यो यूनिवर्सिटी की टीम ने अब क्लासिक डबल-स्लिट प्रयोग को परमाणु स्तर पर दोहराया। इससे पता चला कि पड़ोसी परमाणु साथ मिलकर कैसे कंपन करते हैं। यह शोध नेचर जर्नल में प्रकाशित हुआ है।

19वीं सदी की शुरुआत में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी थॉमस यंग ने रोशनी के साथ पहली बार डबल-स्लिट प्रयोग किया था। दो संकरी दरारों से गुज़रने के बाद आपस में मिलने वाली तरंगों से बने उजले और अंधेरे धारियों के पैटर्न के ज़रिए उस प्रयोग ने रोशनी की तरंग-प्रकृति को दिखाया था। इस प्रयोग को परमाणु स्तर तक सिकोड़ना, ताकि एक अकेले परमाणु-बंधन के स्तर पर परमाणुओं की बनावट और गति को सीधे जांचा जा सके, पहले कभी संभव नहीं हुआ था।

टोक्यो टीम ने स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (STEM) से केंद्रित एक इलेक्ट्रॉन बीम को, सिर्फ़ 136 पिकोमीटर की दूरी पर स्थित दो पड़ोसी सिलिकॉन परमाणु स्तंभों के बीच डाला। यह यंग के मूल सेटअप से क़रीब सात कोटि (ऑर्डर ऑफ़ मैग्निट्यूड) छोटा है। यह परमाणु जोड़ी इलेक्ट्रॉन के लिए डबल-स्लिट जैसा व्यवहार करती है, यह टीम ने पाया। बने हुए धारी पैटर्न की बारीक़ी से जांच कर, शोधकर्ता यह पढ़ सके कि पड़ोसी परमाणु कितनी मात्रा में एक ही दिशा में कंपन करते हैं। यह उनके बीच के बंधन की मज़बूती और पदार्थ में गर्मी कैसे बहती है, यह जांचने का एक नया तरीक़ा है।

यह तकनीक एक-एक परमाणु-बंधन के स्तर पर फ़ोनॉन - यानी किसी पदार्थ की जालक कंपन, जो यह तय करती है कि परमाणु-बंधन कितना कड़ा है और वह गर्मी कितनी कुशलता से पहुंचाता है - को जांचने का रास्ता देती है। सेमीकंडक्टर पदार्थों पर लागू करने पर, यह तरीक़ा परमाणु स्तर पर यह पहचानने में मदद कर सकता है कि गर्मी कहां जमा होती है या कहां आसानी से नहीं बहती। इससे सेमीकंडक्टर उपकरणों में बेहतर गर्मी-निकासी डिज़ाइन को दिशा मिल सकती है, शोधकर्ताओं ने बताया।