بے چارج جوڑیاں دے اک تَرل وچ چارج والیاں گھمن گھیریاں دے نشان

سپرفلوئڈ (superfluid) وچ، ذرے اک کوانٹم لہر وانگ رل کے چلدے نیں؛ ٹائپ II سپرکنڈکٹر بنا مزاحمت دے کرنٹ لے جاندا اے۔ پہلے نوں گھماؤ، یا دوجے نوں مقناطیسی میدان وچ رکھو، تے دوویں اک پچھان والی خوبی وکھاؤندے نیں: کوانٹائزڈ گھمن گھیریاں (quantized vortices) دی اک جالی، نکیاں گھمن گھیریاں جنہاں وچوں ہر اک گھماؤ دی اک پکی، نہ ونڈی جا سکن والی مقدار چُکدی اے۔ ایکسیٹوناں نال بنے تَرل وچ، اجیہی جالی اجے تیکر پہنچ توں باہر سی: ایکسیٹون کوئی برقی چارج نہیں چُکدے۔

جوڑے جو کجھ وی نہیں چُکدے

ایکسیٹون (exciton) اک الیکٹران اے جو اک ہول (hole) نال بجھا ہویا اے، یعنی اوہ خالی تھاں جو غیر حاضر الیکٹران چھڈدا اے۔ روشنی نال بنائے ایکسیٹون تھوڑا چر ای جیوندے نیں، تے بے چارج ہون پاروں اوہناں نوں بجلی نال پرکھنا اوکھا اے۔ ساتھیاں نوں وکھ رکھنا، الیکٹران اک تہہ وچ تے ہول دوجی وچ، جوڑیاں نوں بہت ودھ چر تیکر رکھدا اے تے ہر تہہ نوں وکھری تار لاؤن دیندا اے۔

کافی ٹھنڈا ہون اُتے، اجیہے جوڑے اکٹھے ہو کے سارے تَرل وچ اک کوانٹم فیز (phase) — اک سانجھی تال — ونڈدے نیں، بالکل سپرکنڈکٹر دے الیکٹران جوڑیاں وانگ۔ برقی نشانیاں موجود سن، پر، لکھاریاں دے مطابق، ایس پوری فیز ہم آہنگی دا بے شک ثبوت اجے ہتھ نہیں سی آیا۔

ودھیک چارج کتھے جاوے گا

اجیہے تَرل نوں کیہ کرنا چاہیدا اے: تکڑے مقناطیسی میدان وچ کجھ ودھیک الیکٹران پاؤ، تے اوہناں دا چارج ٹکڑیاں وچ ونڈیا جانا چاہیدا اے جو گھمن گھیریاں تے الٹ گھمن گھیریاں (vortices and antivortices) دے مرکزاں وچ ٹِک جاندے نیں، یعنی سانجھی فیز وچ الٹ پاسیاں گھمدیاں گھمن گھیریاں۔ عام طور تے ایہہ اک دوجے نوں مُکا دیندیاں نیں۔ ایتھے اوہناں دے چارج والے مرکز اک دوجے نوں دھکدے نیں، تے 2025 وچ لکھاریاں وچوں دو، یونیورسٹی آف ٹیکساس آسٹن دے بو زو (Bo Zou) تے ایلن میکڈونلڈ (Allan MacDonald)، نے پیشین گوئی کیتی کہ اوہ شہد دے چھتے دی شکل وچ جکڑ جان گیاں: گھمن گھیریاں تھاواں دے اک سیٹ اُتے، جنہاں دا چارج اُتلی تہہ وچ اے، الٹ گھمن گھیریاں دوجے سیٹ اُتے، تھلی تہہ وچ۔

سپرکنڈکٹر دیاں گھمن گھیریاں دے الٹ، جو مقناطیسی فلکس چُکدیاں نیں، ایہہ برقی چارج چُکدیاں نیں۔ چھتے دا ہر خانہ ٹھیک اک بنیادی چارج رکھدا اے، اک الیکٹران دا۔ ایس لئی جِنا ودھ چارج پایا جاوے، خانے اونے ای نکے: اوہناں دا رقبہ ودھیک چارج دے الٹ تناسب نال سُنگڑدا اے۔

کاربن دیاں دو چادراں تے اک سُوئی

پرنسٹن یونیورسٹی وچ علی یزدانی (Ali Yazdani) دے گروپ دے رائن لی (Ryan Lee)، جنگوو لی (Jungwoo Lee)، ویلیام وانو (Viliam Vaňo) تے ساتھیاں نے اک ایٹم موٹیاں گرافین دیاں دو چادراں 3.2 نینومیٹر دی وِتھ اُتے — اک ملی میٹر دے لگ بھگ تن دس لکھویں حصے — جاپان دے نیشنل انسٹیٹیوٹ فار میٹیریلز سائنس (National Institute for Materials Science) دے ہیکساگونل بوران نائٹرائیڈ دی اک کندھ نال، 9 ٹیسلا دے میدان ہیٹھ، اک دوجے اُتے رکھیاں (ٹیسلا مقناطیسی میدان دی طاقت دی اکائی اے)۔ اوتھے، الیکٹراناں دیاں توانائیاں پوڑیاں وچ کٹھیاں ہو جاندیاں نیں جنہاں نوں لینڈاؤ لیولز (Landau levels) آکھدے نیں۔ دو وولٹیج مِتھدے نیں کہ ایہہ کِنے بھرے نیں: اک، چادراں دے تھلے اک گیٹ توں، کُل چارج نوں ٹیون کردا اے؛ دوجا چادراں وچکار چارج نوں ہلاؤندا اے۔ جدوں چادراں رل کے پورے لیولاں دی پوری گنتی بھردیاں نیں، ہر اک صرف ادھی پچدھی بھری ہوئی، تے اک وچ الیکٹران دوجی وچ ہول نال جوڑا بناؤندا اے، تے کنڈنسیٹ (condensate) بن جاندا اے۔

ٹیم نے ایہدی تصویر مطلق صفر توں 0.2 درجے اُتے اک سکیننگ ٹنلنگ مائیکروسکوپ (scanning tunnelling microscope) نال لئی: الیکٹران اک تِکھی نوک تے اُتلی چادر وچکار ٹپدے نیں، تے کرنٹ ایس گل اُتے منحصر اے کہ تھلے کیہ اے، گھمن گھیریاں دے مرکزاں وچ چارج سمیت۔

چارج نال کَسدی جالی

کجھ الیکٹران پاؤن یا کڈھن نال، لگ بھگ 400 نینومیٹر چوڑے بے عیب علاقیاں دے کرنٹ نقشیاں نے باقاعدہ چمکدے بِندو وکھائے۔ فوریئر ٹرانسفارم (Fourier transform)، اک حساب جو دہرائے جان والے نمونے نوں تِکھیاں چوٹیاں وچ بدلدا اے، نے چھ دتیاں: چھ گُنا سمیٹری والی اک جالی۔

جیویں الیکٹران پائے گئے، جالی ہور سنگھنی ہوندی گئی، اوہدا وِتھ شروع وچ لگ بھگ 135 نینومیٹر توں گھٹ کے لگ بھگ 60 ہو گیا، پیشین گوئی والی لکیر دے نیڑے۔ ایہہ کھلری ہوئی توں چنگی ترتیب والی ہوئی، فیر ہور پاؤن اُتے پگھل گئی۔ بِندو شہد دے چھتے دی تھاں تکونی نمونہ بناؤندے نیں: نوک اُتلی چادر نوں محسوس کردی اے، جتھے گھمن گھیریاں تھلے والیاں الٹ گھمن گھیریاں نالوں ودھ چارج چُکدیاں نیں۔

اوہ پرکھ جیہدے وچ الیکٹراناں دا کرسٹل فیل ہوندا اے

اک دوجے نوں دھکن والے الیکٹران آپ وی جم کے جالی بن سکدے نیں، یعنی وِگنر کرسٹل (Wigner crystal)۔ اُتلی چادر وچ اجیہے کرسٹل دا وِتھ صرف اوس چادر دا چارج مِتھدا۔ کنڈنسیٹ دے نیڑے، اوہ چارج مساں ای بدلدا اے، کیوں جے تھلی چادر اُتلی نوں گیٹ توں بچاؤندی اے؛ فیر وی ناپیا گیا وِتھ بدلیا۔ اک لیول دے 0.17 ودھیک بھراؤ توں تھلے، وِگنر کرسٹل دی پیشین گوئی ڈیٹا نوں صاف اُکدی اے۔

فیصلہ کُن پرکھ: گھمن گھیریاں دی جالی دا وِتھ صرف کُل ودھیک چارج اُتے منحصر ہونا چاہیدا اے، ایس اُتے نہیں کہ چادراں ایہنوں کیویں ونڈدیاں نیں، کیوں جے صرف کُل چارج ای سانجھی فیز نال جُڑدا اے۔ ٹیم نے کُل نوں پکا رکھیا تے چارج نوں چادراں وچکار ہلایا، ہر چادر دا بھراؤ 30% تیکر بدلدیاں۔ اُتلی چادر وچ وِگنر کرسٹل اپنا وِتھ لگ بھگ 20 نینومیٹر بدل دیندا۔ ناپیا گیا وِتھ لگ بھگ 60 اُتے ای رہیا۔ صرف تصویر دا کنٹراسٹ پھِکا پیا، جیویں چارج اُتلی چادر دیاں گھمن گھیریاں توں تھلی چادر دیاں الٹ گھمن گھیریاں ول گیا، اوہناں نوں ہلائے بنا۔

0.17 دے ودھیک بھراؤ دے نیڑے، تھلی چادر چارج لینا چھڈ دیندی اے تے سارے ودھیک الیکٹران اُتلی وچ بہہ جاندے نیں۔ اوتھے، وِتھ اُتلی چادر وچ اک عام وِگنر کرسٹل دے وِتھ ول ڈھلدا اے: اوہ تبدیلی جیہدی نظریے نے آس رکھی سی۔

ہول اوہی نمونہ واہندے نیں، اُلٹا

ایہدی تھاں الیکٹران کڈھن نال اوسے قسم دی جالی بنی، سگوں ہور چنگی ترتیب والی، شاید ایس لئی کہ اوس علاقے وچ بے ترتیبی گھٹ اے۔ اوہدا کنٹراسٹ الٹا اے، جیویں توقع سی جے مرکزاں وچ چارج دا نشان بدل جاوے، تے اوہدا وِتھ فیر صرف کُل ودھیک چارج دا پچھا کردا اے۔

400 نینومیٹر دی تصویر کیہ دس سکدی اے

سپرکنڈکٹر وچ، اک تصویر اُتے پھیلی گھمن گھیریاں دی جالی دسدی اے کہ تَرل گھٹ توں گھٹ اونی وِتھ تیکر اپنی فیز سانبھ کے رکھدا اے۔ ایتھے، نظر دے میدان نوں بھرن والی جالی کنڈنسیٹ دی فیز ہم آہنگی دی پہنچ لئی لگ بھگ 400 نینومیٹر دی تھلی حد مِتھدی اے۔ نالے، ہر چادر دا بھراؤ سدھا ناپن دی تھاں دو وولٹیجاں توں اک برقی سکونی (electrostatic) ماڈل نال گِنیا جاندا اے۔

ٹیم اپنیاں تصویراں نوں ثبوت — اپنے سرلیکھ دا لفظ — دے طور تے پیش کردی اے، پیشین گوئی والی جالی لئی تے ایکسیٹون سپرفلوئڈ وچ فیز ہم آہنگی لئی۔ اوہی مائیکروسکوپ ہُن ایہناں گھمن گھیریاں دا پچھا کر سکدی اے جدوں اوہ چلدیاں نیں، عیباں وچ اڑدیاں نیں تے پگھلدیاں نیں، اک اجیہے سپرفلوئڈ وچ جو صرف الیکٹراناں نال بنیا ہووے۔