জিরকোনিয়াম পেন্টাটেলুরাইডে নতুন কোয়ান্টাম দোলন আবিষ্কার

বিজ্ঞানীরা ত্রিমাত্রিক টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর জিরকোনিয়াম পেন্টাটেলুরাইড বা জেডআরটিই৫-এ এক অস্বাভাবিক ধরনের কোয়ান্টাম দোলন আবিষ্কার করেছেন। সম্প্রতি মর্যাদাপূর্ণ নেচার কমিউনিকেশনস জার্নালে এই গবেষণাটি প্রকাশিত হয়েছে। এই গবেষণার মাধ্যমে পদার্থের অভিনব দশায় ইলেকট্রন পরিবহন সম্পর্কে আমাদের বোঝাপড়া আরও প্রসারিত হয়েছে।

ব্রাজিল এবং যুক্তরাষ্ট্রের বিভিন্ন গবেষণা প্রতিষ্ঠানের বিজ্ঞানীরা যৌথভাবে এই গবেষণাটি পরিচালনা করেছেন। গবেষক দলে ছিলেন জুলিও লারেয়া জিমেনেজ, কাউয়ে কাউফম্যান রিবেহেরো, জোহানা পামস্ট্রম, সিন থমাস এবং লেভ ল্যান্ডাউ। অংশগ্রহণকারী সংস্থাগুলোর মধ্যে রয়েছে সাও পাওলো বিশ্ববিদ্যালয়, লস আলামোস ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি, ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়, ল্যাবরেটরি ফর কোয়ান্টাম ম্যাটার আন্ডার এক্সট্রিম কন্ডিশনস, ন্যাশনাল হাই ম্যাগনেটিক ফিল্ড ল্যাবরেটরি এবং ফােপেস্প।

গবেষণার অংশ হিসেবে বিজ্ঞানীরা ৬০ টেসলা পর্যন্ত শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র এবং শূন্য দশমিক সাত কেলভিন বা মাইনাস দুইশো বাহাত্তর দশমিক চার পাঁচ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার কাছাকাছি অবস্থায় পরীক্ষা-নিরীক্ষা চালিয়েছেন। এই চরম পরিস্থিতিতে পদার্থের ভেতরের আচরণ অত্যন্ত সূক্ষ্মভাবে পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হয়েছে।

টপোলজিক্যাল ফেজ ট্রানজিশনের কাছাকাছি থাকা পদার্থে ইলেকট্রনগুলো সাধারণ ধাতুর মতো আচরণ করা বন্ধ করে দিতে পারে। এ ক্ষেত্রে ইলেকট্রনিক উত্তেজনাগুলো ডিরাক ফার্মিয়নের মতো কোয়ান্টাকণার আচরণ শুরু করে, যা মূলত আপেক্ষিক কণার সমতুল্য। গবেষকরা দেখিয়েছেন যে এই কোয়ান্টাকণাগুলোর স্পিন একটি কেন্দ্রীয় ভূমিকা পালন করে।

যখন গবেষকরা শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করেন, তখন স্পিন এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়া ইলেকট্রনের শক্তির স্তরগুলোকে গভীরভাবে বদলে দেয়। এর ফলে ল্যান্ডাউ স্তরগুলো, যা সাধারণত সিস্টেমের প্রাসঙ্গিক শক্তি থেকে দূরে সরে যেত, তা আবার ফিরে আসে এবং একে অতিক্রম করে। এই অস্বাভাবিক আচরণকেই গবেষকরা রেন্ট্রান্ট ল্যান্ডাউ লেভেল হিসেবে অভিহিত করেছেন।

গবেষণার ফলাফল সম্পর্কে জুলিও লারেয়া জিমেনেজ বলেছেন, এই কাজ ইলেকট্রন পরিবহনের বোঝাপড়াকে বিস্তৃত করে এবং এটি ইঙ্গিত দেয় যে টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরগুলো কেবল বৈদ্যুতিক চার্জ নয়, বরং ইলেকট্রন স্পিনের মতো আরেকটি মৌলিক স্বাধীনতার মাত্রাকেও সমর্থন করে।

কাউফম্যান ব্যাখ্যা করে জানান যে, এই গবেষণার ফলাফল কোনো বহু-শরীরের মিথস্ক্রিয়া থেকে উদ্ভূত হয় না, বরং এটি ইলেকট্রনিক ব্যান্ডের একটি ননট্রিভিয়াল টপোলজি থেকে উদ্ভূত হয়েছে। এই গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কার পদার্থবিজ্ঞানের ভবিষ্যৎ গবেষণার পথকে আরও সমৃদ্ধ করবে বলে আশা করা হচ্ছে।