जब भी किसी तार में बिजली प्रवाहित होती है, तो इलेक्ट्रॉनों के आपस में और आसपास के पदार्थों से टकराने के कारण उसकी कुछ ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है। लेकिन ये टकराव विद्युत प्रतिरोध को कितना बढ़ा सकते हैं? एक नए अध्ययन से पता चलता है कि इसकी एक मूलभूत सीमा होती है।

इस अध्ययन की जांच के लिए, टोरंटो विश्वविद्यालय, पेरिस में स्थित एल'इकोल नॉर्मले सुपीरियर और लेह यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनों के लिए एक असामान्य विकल्प का सहारा लिया: परम शून्य से ठीक ऊपर के तापमान तक ठंडा किए गए अतिशीत पोटेशियम परमाणु ।

परमाणुओं के टकराने की आवृत्ति को सटीक रूप से नियंत्रित करके, उन्होंने पाया कि प्रतिरोध एक निश्चित बिंदु तक ही बढ़ता है और फिर स्थिर हो जाता है। यह खोज प्रतिरोधकता की सूक्ष्म सीमा के लिए दुर्लभ प्रायोगिक प्रमाण प्रदान करती है और क्वांटम पदार्थों में इलेक्ट्रॉन व्यवहार की वैज्ञानिकों की समझ को बेहतर बना सकती है।

टोरंटो विश्वविद्यालय के कला एवं विज्ञान संकाय में भौतिकी विभाग और क्वांटम सूचना एवं क्वांटम नियंत्रण केंद्र के प्रोफेसर जोसेफ थिविसन, जो फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित एक अध्ययन के वरिष्ठ लेखक हैं, बताते हैं , “इलेक्ट्रॉन-पर-इलेक्ट्रॉन टकराव से कुछ शुद्ध पदार्थों में प्रतिरोधकता बढ़ जाती है। विद्युत प्रतिरोध से उत्पन्न ऊर्जा ऊष्मा के रूप में प्रकट होती है। उदाहरण के लिए, ट्रांसमिशन लाइनें उत्पन्न विद्युत शक्ति का 8% तक खो देती हैं। प्रतिरोधकता का अध्ययन करना इसलिए भी रोचक है क्योंकि यह पदार्थों में नए भौतिकी का संकेत हो सकता है।”

प्रकाश जाली टकरावों को अलग करती है

यह प्रयोग प्रकाशीय जाली पर आधारित था, जो परमाणुओं को स्थिर रखती है और उन्हें ठोस पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों की तरह गतिमान होने देती है। इस नियंत्रित सेटअप ने वैज्ञानिकों को ऐसी चरम स्थितियों को पुन: उत्पन्न करने में सक्षम बनाया जो सामान्य ठोस पदार्थों में संभव नहीं हैं, और विशेष रूप से इस बात पर ध्यान केंद्रित करने में मदद की कि टकराव प्रतिरोध को कैसे प्रभावित करते हैं।

रोबिन लर्न और फ्रैंक कोरापी, जोसेफ थिविसन के साथ

भौतिकी के डॉक्टरेट छात्र रॉबिन लर्न और फ्रैंक कोरापी, सह-प्रथम लेखक, प्रोफेसर जोसेफ थिविसन के साथ। साभार: जो-ऐन मैकआर्थर

थिविसन कहते हैं, "हमने देखा कि परमाणु, जिनका आकार केवल कुछ नैनोमीटर है, एक दूसरे से ऐसे टकराते हैं मानो वे बहुत बड़े हों। परमाणु के प्रभावी आकार में यह क्वांटम वृद्धि किसी दिए गए जाली स्थल पर टकराव की संभावना को बहुत बढ़ा देती है, जिससे सिस्टम की प्रतिरोधकता बढ़ जाती है।"

प्रतिरोध एक सीमा तक पहुँच जाता है

जब परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया बहुत प्रबल हो गई, तो टक्कर-प्रेरित प्रतिरोधकता में वृद्धि रुक ​​गई। इसके बजाय, यह एक संतृप्ति बिंदु पर पहुँच गई। यह परिणाम दर्शाता है कि धातुओं में इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन के कारण उत्पन्न प्रतिरोध भी इसी प्रकार की ऊपरी सीमा का सामना कर सकता है।

"हमारे परिणाम कम घनत्व वाली धातुओं में प्रतिरोधकता कैसे काम करती है, इसकी एक स्पष्ट सूक्ष्म समझ प्रदान करते हैं और दृढ़ता से सहसंबंधित परमाणु प्रणालियों और क्वांटम सामग्रियों के नए अध्ययनों के द्वार खोलते हैं," थिविसन कहते हैं।