अतीत की गूँज: नई एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि के आधार पर युवा अनुभव

1803 में, एक सज्जन ने एक काम प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने प्रकाश के तरंग सिद्धांत को साबित करने वाले एक प्रयोग का वर्णन किया। यह सज्जन थॉमस जंग थे, और उनके अनुभव को "डबल-स्लिट प्रयोग" कहा जाता था। दो शताब्दियों से अधिक समय बीत चुका है, लेकिन जंग के प्रयोग को नहीं भुलाया गया और यहां तक ​​कि एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी की एक नई पद्धति की नींव बन गई, जो एक ठोस के भौतिक गुणों के अधिक विस्तृत अध्ययन की अनुमति देता है। तो, क्यों जंग के अनुभव को भौतिकी में मौलिक में से एक माना जाता है, आधुनिक वैज्ञानिकों ने इसका उपयोग कैसे किया, और इसके बारे में क्या आया, हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से सीखते हैं। चलो चलते हैं।

थोड़ी पृष्ठभूमि

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, 1803 में वापस, थॉमस जंग ने अपने असामान्य प्रयोग का विवरण प्रकाशित किया। और चूंकि "वह जो अतीत को नहीं जानता, उसका कोई भविष्य नहीं है", हम इस अनुभव को संक्षेप में आपके साथ रखेंगे।


थॉमस जंग

इसलिए, प्रयोग के लिए, केवल तीन चीजों की आवश्यकता थी: प्रकाश, दो ऊर्ध्वाधर स्लॉट्स के साथ एक प्लेट और एक प्रक्षेपण स्क्रीन। इस मामले में, प्रकाश विकिरण मोनोक्रोमैटिक था, अर्थात, इसकी न्यूनतम आवृत्ति फैल गई थी। प्रकाश को स्लॉट्स के साथ प्लेट पर निर्देशित किया जाता है, जिसकी चौड़ाई विकिरण तरंग दैर्ध्य के जितना संभव हो उतना करीब होनी चाहिए। परिणाम का निरीक्षण करने के लिए एक प्रोजेक्शन स्क्रीन की आवश्यकता होती है।

और यहाँ प्रकाश के दो सिद्धांतों की टक्कर है - कोरपसकुलर और वेव।

पहला मानता है कि प्रकाश कणों से बना है। और दूसरा यह है कि यह एक लहर है। इनमें से प्रत्येक सिद्धांत के आधार पर, हमें जंग के अनुभव में विभिन्न परिणाम प्राप्त करने चाहिए।

और अब हम कुछ फंतासी में प्लग करेंगे। कल्पना करें कि आप स्लॉट्स के साथ हमारी अनुभवी स्क्रीन के साथ एयरसॉफ्ट खेलते हैं (हाँ, दुश्मन इससे बहुत अच्छा नहीं है, लेकिन यह बात नहीं है)। आप गेंदों के साथ एक बन्दूक से गोली मारते हैं, जिनमें से कुछ स्क्रीन से उछलते हैं, और कुछ स्लॉट से गुजरते हैं और प्रक्षेपण स्क्रीन में प्रवेश करते हैं। शॉटगन प्रकाश विकिरण का एक स्रोत है। बॉल्स प्रकाश के कण हैं। इस प्रकार, स्क्रीन पर हम दो धारियों को देखते हैं, अर्थात् बंदूक से गिरने के दो क्षेत्र।


जंग के अनुभव का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।

लहर सिद्धांत के साथ, यह अभी भी अधिक दिलचस्प है, इसलिए आपको और भी अधिक कल्पना की आवश्यकता है। अब आप अंतरजाल एयरसॉफ्ट खेलते हैं, और आपकी बंदूक, मुझे क्षमा करें, आपकी ब्लास्टर तरंगें शूट करती हैं। जब आप एक स्क्रीन पर एक तरंग को शूट करते हैं, तो दो स्लॉट दो नए माध्यमिक तरंगों की शुरुआत (स्रोत) बन जाते हैं, जो पहले से ही स्क्रीन के पीछे अंतर हो जाएगा। और यहां हम स्क्रीन पर कई अलग-अलग परिणामों को एक साथ देखेंगे ("हिट" के क्षेत्र)। यह परिणाम प्रकाश का हस्तक्षेप है, लेकिन इसके लिए कुछ शर्तों की आवश्यकता होती है।

सबसे पहले, प्रकाश स्रोत (प्रयोग में दो हैं) सुसंगत होना चाहिए, अर्थात्। दो सुसंगत प्रकाश उत्सर्जन बनाने के लिए समस्याग्रस्त है, कम से कम कहने के लिए। इसलिए, प्रकाश की एक किरण का उपयोग किया जाता है, जो स्लॉट्स के साथ एक ही स्क्रीन के कारण दो में विभाजित होता है। इसलिए हम प्राथमिक प्रकाश विकिरण की माध्यमिक तरंगों के कारण सुसंगतता का अनुकरण करते हैं।

दूसरे, स्लॉट्स की चौड़ाई एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, क्योंकि इसकी वृद्धि के साथ स्क्रीन की रोशनी बढ़ जाएगी, अर्थात, हस्तक्षेप पैटर्न की मैक्सिमा और मिनीमा के बीच अंतर करना अधिक कठिन होगा। इसलिए, विकिरण तरंग दैर्ध्य के लिए चौड़ाई यथासंभव करीब होनी चाहिए।

और तीसरा, स्लॉट्स के बीच की दूरी हस्तक्षेप की फ्रिंज की आवृत्ति को प्रभावित करती है।

नतीजतन, थॉमस जंग ने न केवल प्रकाश के हस्तक्षेप के सबूत प्रदान किए, बल्कि दो सिद्धांतों, प्रपंच और तरंग के समर्थकों के बीच और भी अधिक विवाद उत्पन्न किया।

वास्तव में, जंग का अनुभव वास्तव में झगड़ा नहीं था (मुझे उम्मीद है, वैज्ञानिकों के लिए भी विवाद हो सकता है), बल्कि प्रकाश के एक गहन अध्ययन, इसकी विशेषताओं और इसे समझाने के तरीकों के लिए धक्का दिया।

क्वांटम भौतिकी में बढ़ती रुचि के साथ, जंग के प्रयोग ने अपने गुल्लक में एक और सिद्धांत प्राप्त किया - क्वांटम। और यहाँ फंतासी हमारी बहुत मदद नहीं करेगी, क्योंकि एयरसॉफ्ट के लिए एक गेंद की कल्पना करना बेहद मुश्किल है, जो एक कण और एक लहर दोनों होने में सक्षम है, और अलग, और जुड़ा हुआ है, और शैतान जानता है कि और क्या करना है। लब्बोलुआब यह है कि वैज्ञानिकों ने प्रकाश के बजाय इसका उपयोग करते हुए, एक इलेक्ट्रॉन के साथ जंग प्रयोग करने का फैसला किया।

वैज्ञानिकों ने एक इलेक्ट्रॉन में "शॉट" किया, ताकि उन्हें एक-दूसरे के साथ बातचीत करने का अवसर न मिले। रास्ते में, उनके पास जंग के क्लासिक प्रयोग के रूप में दो स्लॉट के साथ एक ही स्क्रीन थी, और फिर परिणामों को देखने के लिए एक स्क्रीन थी।

तार्किक रूप से, एकल इलेक्ट्रॉनों जो स्लॉट्स में आते हैं, स्क्रीन पर प्रभाव के दो क्षेत्रों का निर्माण करना चाहिए, जैसे कि कोरपसकुलर सिद्धांत में। हालांकि, हम जानते हैं कि क्वांटम सिद्धांत और शास्त्रीय तर्क अक्सर विचलन करते हैं। इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रयोग का परिणाम लहर के सिद्धांत के रूप में, प्रभाव के बहुत सारे क्षेत्र थे। दूसरे शब्दों में, एक इलेक्ट्रॉन एक ही समय में एक कण और एक तरंग (डी ब्रोगली लहर, अधिक सटीक होने के लिए) दोनों है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन क्वांटम सुपरपोज़िशन की स्थिति में है, अर्थात, इसमें कई अवस्थाएँ एक साथ हैं जिन्हें शास्त्रीय भौतिकी के दृष्टिकोण से एक साथ महसूस नहीं किया जा सकता है। हां, कभी-कभी ऐसा लगता है कि शास्त्रीय और क्वांटम भौतिक विज्ञानी लुडविग वान बीथोवेन और ओजी ऑस्बॉर्न हैं - दोनों शांत, लेकिन कई मायनों में बहुत अलग हैं।


थॉमस जंग स्पष्ट रूप से कल्पना नहीं कर सकते थे कि उनका अनुभव कितना आगे जाएगा, और वह कितना बता सकते हैं। और अब हम अपने समकालीनों के कार्यों पर विचार करेंगे, जिन्होंने एक नए प्रकार के एक्स-रे माइक्रोस्कोपी को लागू करने के लिए थॉमस यंग के अनुभव को लागू करने का निर्णय लिया था।

अध्ययन का आधार

क्वांटम यांत्रिकी में कणों और तरंगों दोनों से संबंधित कुछ का एक उल्लेखनीय उदाहरण एक्स-रे (रिक्सा) का अकार्बनिक प्रकीर्णन है। RIXS में कणों के संदर्भ में, एक एक्स-रे फोटॉन एक परमाणु के नाभिक से एक इलेक्ट्रॉन को वैलेंस शेल में धकेलता है। इस समय, एक अत्यधिक उत्साहित परमाणु राज्य का निर्माण होता है जिसमें आकार में कई पिकमीटर का एक बहुत स्थानीय "शून्य" होता है। इस तरह की एक मध्यवर्ती स्थिति बहुत जल्दी से तय होती है, जो इस तथ्य से मेल खाती है कि शून्य फोटॉन के पुन: उत्सर्जन पर एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन से भर जाता है। अंतिम उत्तेजित अवस्था कक्षीय, चुंबकीय या इंटरबैंड उत्तेजना के अनुरूप हो सकती है।

शोधकर्ताओं ने एक्स-रे तरंगों के अध्ययन पर ध्यान केंद्रित किया है जो उपर्युक्त स्थानीयकृत मध्यवर्ती राज्य के माध्यम से प्रचार कर रहे हैं, और हस्तक्षेप बनाने के बाद।

वैज्ञानिक हमें अतीत में थोड़ा स्थानांतरित करते हैं, 90 के दशक में अधिक सटीक रूप से। उनके अनुसार, यह तब भी स्पष्ट हो गया - भले ही RIXS में प्रकीर्णन अकुशल है, और परमाणु के नाभिक में छेद (इसे "रिक्ति" शब्द कहने के लिए बेहतर है) बहुत स्थानीय है, फिर भी इसके गठन और विनाश के आयाम को समान रूप से समान आयनों का उपयोग करके अभिव्यक्त किया जाना चाहिए। कामोत्तेजना की अंतिम स्थिति के delocalization में। इस सब के कारण, हस्तक्षेप संभव है।


चित्र संख्या 1

और पहले से ही 1994 में, RIXS के लिए डायटोमिक अणुओं में हस्तक्षेप की अभिव्यक्ति को ग्रहण किया गया था, जो जंग के प्रयोग से मेल खाती है। यह इस तथ्य के कारण संभव है कि आरआईएक्सएस के मध्यवर्ती राज्य में नाभिक की एक एकल रिक्ति होती है, जो अणु में दो परमाणुओं में से किसी पर भी हो सकती है (छवि नंबर 1)। अंतिम अवस्था में, इलेक्ट्रॉन एक उत्तेजित आणविक कक्षीय पर होता है, जिसे दो परमाणुओं में विभाजित किया जाता है। एक्स-रे विकिरण ग्राफ पर एक साइनसोइडल हस्तक्षेप दोलन के रूप में हस्तक्षेप बनाता है।

बा ₃ सीइआर ₂ ओ ₉ (बीसीआईओ), एक इन्सुलेटर, जो एक क्रिस्टलीय ठोस होता है, जो किसीमोलेक्यूलर इलेक्ट्रॉनिक संरचना ( 2 ए ) के साथ होता है, को मुख्य प्रयोगात्मक विषय के रूप में चुना गया था। इस तरह की विशेषताएं हस्तक्षेप को अधिक स्पष्ट रूप से विचार करना संभव बनाती हैं, जो कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजनाओं की समरूपता का स्पष्ट संकेत है।

अनुसंधान के परिणाम

इसलिए, शुरुआत के लिए, वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत बीसीआईओ क्रिस्टल को विकसित किया है। स्ट्रक्चरल डिमर्स के अंदर इर ⁴⁺ आयनों में से प्रत्येक ने टी _{2 जी} शेल में एक रिक्ति के साथ ⁵ डी ⁵ कॉन्फ़िगरेशन दिखाया।


चित्र संख्या 2

वैज्ञानिकों ने ध्यान दिया कि पड़ोसी आयनों (इर-इर) के बीच न्यूनतम दूरी 2.5 minimum थी। तदनुसार, इंट्राडिमेरिक आयनिक इंटरैक्शन काफी मजबूत है और मजबूत बाध्यकारी-एंटीबॉडी विभाजन के साथ अर्ध-आणविक ऑर्बिटल्स के गठन को बढ़ावा देता है। यह स्थिति उससे बहुत अलग है जब कोई एक इर ^{4+ है} , जब एक मजबूत स्पिन-ऑर्बिट युग्मन (λ e 0.4-0.5 eV) स्थानीय t _2g -manifold को अलग कर देता है और स्पिन-ऑर्बिट-संरेखित j = 1/2 क्षण ( 2 बी )।

एक मजबूत स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन के मामले में, बाध्यकारी / एंटीबॉडी स्टेट्स स्पिन-ऑर्बिटल-उलझी हुई j = 1/2 अवस्था ( 2D ) से बन सकते हैं। हालांकि, एक मजबूत इर-इर बातचीत जे = 1/2 क्षणों को बुझा सकती है। इस मामले में, टी _{2 जी} ऑर्बिटल्स बाध्यकारी / विरोधी-बाध्यकारी राज्यों ( 2 सी ) के गठन के लिए अधिक उपयुक्त आधार बन जाते हैं।


चित्र संख्या 3

छवि 3 ए में, हम बा ₃ CeIr ₂ O ₉ नमूने के RIXS परिणाम को निश्चित विकिरण के साथ Ir (2p → 5d) के L3 किनारे पर देखते हैं, जो टी _{2 जी के} अंदर उत्तेजनाओं के प्रति अकारण बिखरने को बढ़ाता है। 5d t _2g - e ^spl _g 3 eV से ऊपर विभाजित है, जबकि देखे गए कार्य ( a , B और) ग्राफ पर) 0.5 0.5 1.5 v श्रेणी में हैं। इस प्रकार, उन्हें intr-t _2g उत्तेजना के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि ग्राफ में व्यक्तिगत j = 1/2 क्षणों की कोई विशेषता नहीं है, और स्पिन-ऑर्बिट उत्तेजना का शिखर अधिकतम 1.5 λ तक पहुंच जाता है।

शोधकर्ता एक अन्य महत्वपूर्ण अवलोकन पर ध्यान देते हैं: कार्यों की एकीकृत तीव्रता दो किरणों के हस्तक्षेप की स्पष्ट विशेषताओं को दर्शाती है, दूसरे शब्दों में, क्यू _सी ( 3 बी ) के एक समारोह के रूप में एक स्पष्ट साइनसोइडल दोलन। इस प्रकार, हमें जंग का अनुभव मिला, केवल इस मामले में, स्लॉट्स के बीच की दूरी के बजाय, हमारे पास आयनों (इर-इर) के बीच की दूरी है।

यह अध्ययन उन लोगों में से एक है जो मैंने सामना किया है, इसलिए, मैं अत्यधिक अनुशंसा करता हूं कि यदि आप इस काम के विवरण, बारीकियों और विवरणों में रुचि रखते हैं, तो आप वैज्ञानिकों और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों की रिपोर्ट पढ़ें।

उपसंहार

वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि RIXS इंटरफेरोमेट्री की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता कम-ऊर्जा उत्तेजनाओं की समरूपता निर्धारित करने की क्षमता है, जो छवियों 2C और 2D में वर्णित कक्षा के दो अलग-अलग वेरिएंट को भेदने में मदद करती है।

बेशक, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी की नई पद्धति का अध्ययन वहां समाप्त नहीं होगा, क्योंकि वैज्ञानिकों ने केवल हिमशैल के टिप का थोड़ा वर्णन किया। अन्य प्रकार के सामग्रियों के साथ आगे के प्रयोगों से इस तकनीक को लागू करने के नए तरीके खुल सकते हैं। किसी भी मामले में, पहले से ही अध्ययन की गई (माना जाता है) वस्तुओं के भौतिक गुणों का अध्ययन करने के लिए नवीनतम तकनीकों में सुधार करना एक अच्छी बात है।

इसके अलावा, यह अध्ययन इस तथ्य का एक स्पष्ट उदाहरण था कि कई शताब्दियों पहले की गई खोज और अवलोकन अभी भी न केवल आश्चर्य करने में सक्षम हैं, बल्कि नई तकनीक, तकनीक आदि बनाने के लिए अविश्वसनीय रूप से उपयोगी भी हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें, उस सामग्री की जटिलता के बावजूद जो आप में रुचि रखते हैं :), और सभी के लिए एक उत्कृष्ट कार्य सप्ताह है, दोस्तों।

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