উচ্চ-হারমোনিক স্পেকট্রোস্কোপি উচ্চ-ভোল্টেজ সুপারকন্ডাক্টরগুলির বৈদ্যুতিন কাঠামো আনলক করে

উচ্চ চাপ ঘনীভূত পদার্থের জন্য পদার্থের অনেক অভিনব অবস্থা তৈরি করেছে, যা উত্তেজনাপূর্ণ নতুন ভৌত ও রাসায়নিক ঘটনা প্রকাশ করে। তাদের মধ্যে, H3S এবং LaH10-এর মতো উচ্চ-চাপ হাইড্রাইডগুলিতে কাছাকাছি-ঘর-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টিভিটি (Tc ＞ 200 K) আবিষ্কারটি প্রচুর আগ্রহ এবং মনোযোগ আকর্ষণ করেছে।
উচ্চ-চাপের সুপারকন্ডাক্টরগুলিতে সুপারকন্ডাক্টিং ট্রানজিশন তাপমাত্রা ক্রমবর্ধমান হওয়া সত্ত্বেও, কার্যকর প্রোবের অভাবের কারণে উচ্চ-চাপ কোয়ান্টাম রাজ্যে ইলেকট্রনিক কাঠামো এবং অতি দ্রুত গতিশীল আচরণ এখনও অজানা, এবং তাদের সুপারকন্ডাক্টিভিটির প্রক্রিয়াটি একটি উন্মুক্ত প্রশ্ন থেকে যায়।
উচ্চ হারমোনিক জেনারেশন (HHG) হল একটি ঘটনা লেজারকে লেজার ফ্রিকোয়েন্সির কয়েকগুণ শক্তিশালী সুসঙ্গত বিকিরণে রূপান্তরিত করার প্রক্রিয়া। অরৈখিক অপটিক্সের একটি সাধারণ প্রতিনিধি হিসাবে, শক্ত-ক্ষেত্র লেজার-ম্যাটার মিথস্ক্রিয়া দ্বারা ইন্ট্রা- এবং ইন্টারব্যান্ড ইলেকট্রনের অরৈখিক ড্রাইভিং থেকে কঠিন পদার্থে HHG উদ্ভূত হয়। ফলস্বরূপ, এইচএইচজি বর্ণালীতে স্বাভাবিকভাবেই উপাদানের পারমাণবিক এবং বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলির একটি আঙ্গুলের ছাপ থাকে। এই ধরনের অরৈখিক, ননপারটারবেটিভ গতিশীল প্রক্রিয়াগুলি ব্যবহার করে, কেউ পদার্থের অভ্যন্তরীণ বৈশিষ্ট্যগুলি দেখতে সক্ষম হয়।
সম্প্রতি, ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্স, চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস/ন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ফর কনডেন্সড ম্যাটার ফিজিক্স, বেইজিং-এর গবেষক শেং মেং-এর গোষ্ঠী, প্রথম নীতির সাহায্যে উচ্চ-চাপ সুপারকন্ডাক্টর H3S-এ অতি দ্রুত এইচএইচজি গতিবিদ্যা তদন্ত করেছে। ঘনত্ব-কার্যকরী তত্ত্ব গ্রুপ-উন্নত নন-এডিয়াব্যাটিক সময়-ধারণকারী ঘনত্ব-কার্যকরী আণবিক গতিবিদ্যা পদ্ধতি এবং সফ্টওয়্যার (TDAP) ব্যবহার করে। এটি পাওয়া যায় যে উচ্চ-চাপের সুপারকন্ডাক্টরগুলিতে HHG এর একটি শক্তিশালী তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্ভরতা এবং সেইসাথে অ্যানিসোট্রপি (চিত্র 1), যা নির্দেশ করে যে HHG প্রক্রিয়াটি ইলেকট্রনিক কাঠামোর উপর দৃঢ়ভাবে নির্ভর করে। HHG-এর সময়-ফ্রিকোয়েন্সি বিশ্লেষণ নিম্ন-অর্ডার হারমোনিক্সের ইন-ব্যান্ড স্ক্যাটারিংয়ের গতিপ্রণালী নির্ধারণ করে। এই ভিত্তিতে, HHG স্পেকট্রা ব্যবহার করে, তারা ফার্মি পৃষ্ঠের কাছাকাছি শক্তি ব্যান্ড বিচ্ছুরণ কাঠামো পুনর্গঠন করেছে (চিত্র 2)। উপরন্তু, এটি পাওয়া গেছে যে সুসংগত ফোননগুলির দ্বারা HHG স্পেকট্রামের একটি শক্তিশালী মড্যুলেশন রয়েছে, যা ইলেক্ট্রোঅ্যাকোস্টিক কাপলিংয়ে এইচএইচজি প্রক্রিয়ার সংবেদনশীলতা নির্দেশ করে। সুসংগত ফোনন দ্বারা সংশোধিত এইচএইচজি স্পেকট্রাম ব্যবহার করে, তারা ফার্মি পৃষ্ঠের কাছে ইলেক্ট্রোঅ্যাকোস্টিক কাপলিং ম্যাট্রিক্সের মৌলিক শক্তির পুনর্গঠন করেছে (চিত্র 3)। এই গবেষণাটি প্রকাশ করে যে পদার্থের বহু-শরীরের মিথস্ক্রিয়া (ইলেক্ট্রোঅ্যাকোস্টিক কাপলিং) ফার্মি শক্তি স্তরের কাছাকাছি ইলেকট্রনের আচরণের উপর একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। এই ধরনের ফলাফলগুলি উচ্চ-ভোল্টেজ সুপারকন্ডাক্টিভিটির ফোনন-মধ্যস্থতামূলক প্রক্রিয়াকে সমর্থন করে এবং উচ্চ-ভোল্টেজ কোয়ান্টাম অবস্থায় বৈদ্যুতিন কাঠামো এবং ইলেক্ট্রোঅ্যাকোস্টিক কাপলিং তদন্ত করার জন্য একটি সর্ব-অপটিক্যাল পদ্ধতি প্রদান করে।
সম্পর্কিত গবেষণার ফলাফলগুলিকে সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে "সলিড-স্টেট হাই হারমোনিক স্পেকট্রোস্কোপি ফর ​​অল-অপটিক্যাল ব্যান্ড স্ট্রাকচার প্রোবিং অফ হাই সলিড-স্টেট হাই হারমোনিক স্পেকট্রোস্কোপি ফর ​​অল-অপটিক্যাল ব্যান্ড স্ট্রাকচার প্রোবিং অফ হাই-প্রেশার কোয়ান্টাম স্টেটস" প্রসিডিংস অফ দ্য প্রসিডিংস-এ প্রকাশিত হয়েছিল। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেস (PNAS)। চীনা একাডেমি অফ সায়েন্সেস (আইপিএস) ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্সের পোস্টডক্টরাল ফেলো শিকি হু, এই কাজের প্রথম লেখক এবং আইপিএস-এর একজন গবেষক শেং মেং ছিলেন সংশ্লিষ্ট লেখক। এছাড়াও কাজের সাথে জড়িত ছিলেন পিএইচডি ছাত্র দাকিয়াং চেন এবং পিএইচডি ছাত্র ল্যানলিন ডু। এই গবেষণাটি বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি মন্ত্রণালয়ের মূল গবেষণা ও উন্নয়ন কর্মসূচি, চীনের ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের পাইলট প্রকল্প দ্বারা সমর্থিত ছিল।

চিত্র 1. উচ্চ-ভোল্টেজ সুপারকন্ডাক্টর H3S-এ উচ্চ হারমোনিক প্রজন্ম।

চিত্র 2. উচ্চ-হারমোনিক স্পেকট্রা ব্যবহার করে H3S-এ শক্তি ব্যান্ড কাঠামোর পুনর্গঠন।

চিত্র 3. উচ্চ-হারমোনিক স্পেকট্রা ব্যবহার করে H3S-এ ইলেক্ট্রোঅ্যাকোস্টিক কাপলিং তথ্যের পুনর্গঠন।