ایک نئی قسم کا مقناطیس کمرے کے درجۂ حرارت پر کام کرتا ہے
الیکٹران بار رکھتے ہیں، لیکن ان کے پاس ایک اسپن بھی ہوتا ہے، ایک ننھا اندرونی مقناطیس جو “اوپر” یا “نیچے” کی طرف ہوتا ہے۔ اسپنٹرانکس کا مقصد اس اسپن کو معلومات محفوظ کرنے اور ان پر عمل کرنے کے لیے استعمال کرنا ہے۔ حالیہ برسوں میں ماہرینِ طبیعیات کو ایسے مقناطیسی مادے ملے ہیں جن کی ایک نمایاں خصوصیت ہے: ان میں کوئی مجموعی مقناطیسیت نہیں ہوتی، پھر بھی ان کے الیکٹرانوں کی توانائی ان کے اسپن پر منحصر ہوتی ہے، اور یہ انحصار اس سمت کے ساتھ بدلتا ہے جس میں وہ حرکت کرتے ہیں۔ یہ “اسپن کی تقسیم” اضافیتی اثرات پر منحصر نہیں، اس لیے بڑی ہوتی ہے۔
ان میں سے کچھ مادوں میں، جنہیں آلٹرمیگنیٹ کہا جاتا ہے، نمونہ متشاکل ہوتا ہے: ایک سمت میں حرکت کرنے والا الیکٹران اور مخالف سمت میں حرکت کرنے والا الیکٹران ایک ہی اسپن دیکھتے ہیں۔ p-wave مقناطیسوں میں اس کے برعکس ہوتا ہے: حرکت کی سمت پلٹیں تو اسپن بھی پلٹ جاتا ہے۔ اب تک رپورٹ ہونے والے p-wave مقناطیس صرف مائع نائٹروجن کے درجۂ حرارت سے نیچے کام کرتے تھے۔
ایک جانے پہچانے قلم میں چھپی چکردار ترتیب
شنگھائی کی فوڈان یونیورسٹی، ڈریسڈن کے دو میکس پلانک انسٹی ٹیوٹس، اور چین اور جمہوریہ چیک کے دیگر اداروں کے کائیون شین، شیان جے چن، لیبور شمیکال اور ان کے ساتھیوں نے بسمتھ فیرائٹ (BiFeO₃) کا رخ کیا۔ یہ سب سے زیادہ مطالعہ کیے گئے “ملٹی فیروئکس” میں سے ایک ہے، یعنی ایسے مادے جو بیک وقت مقناطیسی اور فیرو الیکٹرک ہوتے ہیں — ان میں ایک اندرونی برقی تقطیب (polarisation) ہوتی ہے۔ یہ تقریباً 640 کیلون تک (کمرے کے درجۂ حرارت سے کہیں زیادہ) مقناطیسی طور پر منظم اور 1,100 کیلون تک فیرو الیکٹرک رہتا ہے۔
اس کے اندر لوہے کے ایٹموں کے مقناطیسی معیارِ اثر ایک سیدھ میں نہیں ہوتے: وہ قدم بہ قدم ایک چکردار لکیر کے ساتھ گھومتے ہیں، جسے سائکلائیڈ کہا جاتا ہے۔ ٹیم دکھاتی ہے کہ یہ چکردار ترتیب اکیلے ہی p-wave مقناطیسیت پیدا کرتی ہے — ایک ایسا میکانزم جسے وہ اب تک نظر انداز شدہ قرار دیتے ہیں۔
نظریہ، پھر ایک لیزر
- قلم کے الیکٹرانوں کے حسابات ایک صاف p-wave اسپن نمونہ دکھاتے ہیں، جس میں اسپن کی تقسیم تقریباً 100 ملی الیکٹران وولٹ ہے۔ اضافیتی اثرات شامل کرنے سے یہ مشکل سے بدلتی ہے: اثر خود مقناطیسی ترتیب سے آتا ہے۔
- جب چکردار ترتیب دوسری طرف گھومتی ہے — دائیں کے بجائے بائیں ہاتھ والی —، تو اسپن نمونہ الٹ جاتا ہے۔
- تجربہ گاہ میں انہوں نے بسمتھ فیرائٹ کی 100 نینو میٹر کی ایک تہہ اگائی اور ہیرے کی نوک والے ایک کوانٹم سینسر سے اس کی مقناطیسی چکردار ترتیب کی تصویر لی۔
- اسپن پڑھنے کے لیے انہوں نے تہہ پر دائری تقطیب والی لیزر ڈالی۔ ایک سمت میں گھومنے والی روشنی ایک اسپن کے الیکٹرانوں کو دوسرے کی نسبت زیادہ ہیجان دیتی ہے، جس سے ایک چھوٹا برقی کرنٹ پیدا ہوتا ہے جس کی علامت اسپن کی سمت کے مطابق ہوتی ہے۔ جب انہوں نے نمونے کو گھمایا تو کرنٹ ٹھیک اسی سمت میں عروج پر پہنچا جس کی پیش گوئی p-wave اسپن تقطیب کے لیے کی گئی تھی۔ یہ تمام پیمائشیں کمرے کے درجۂ حرارت پر، کھلی ہوا میں کی گئیں۔
وولٹیج سے اسپن پلٹنا
بنیادی خصوصیت: بسمتھ فیرائٹ میں چکردار ترتیب کی سمتِ گردش برقی تقطیب سے بندھی ہوئی ہے۔ ایک کو الٹیں تو دوسری بھی ساتھ الٹ جاتی ہے۔
ٹیم نے تہہ پر تقریباً 300 کلو وولٹ فی سینٹی میٹر کی برقی نبضیں لگائیں۔ تقطیب گھوم گئی، چکردار ترتیب کی سمتِ گردش بدل گئی، اور لیزر سے پیدا ہونے والے کرنٹ کی علامت بدل گئی: ایک نبض کے بعد مثبت، مخالف نبض کے بعد منفی۔ لگائے گئے میدان کے مقابل گراف بنانے پر کرنٹ نے ایک ہسٹریسس لوپ بنایا جو قلم کی تقطیب کے پلٹنے سے مطابقت رکھتا تھا۔ یہ تبدیلی قابلِ واپسی ہے اور نبض کے بعد برقرار رہتی ہے۔
برقی نبضیں تقطیب اور چکردار ترتیب کی سمتِ گردش کو پلٹ دیتی ہیں (a)؛ آلہ (b)؛ اسپن کرنٹ کی علامت الٹ جاتی ہے (c) اور برقی میدان کے مقابل ایک ہسٹریسس لوپ کی پیروی کرتا ہے (d)۔ — شکل 3، Shen et al. (2026)، arXiv:2610.12892۔
سردی سے میز تک
مصنفین اسے ایک ایسے مقناطیس کے طور پر پیش کرتے ہیں جس کی طاق تشاکلی (odd-parity) اسپن تقسیم کمرے کے درجۂ حرارت پر وولٹیج سے قابو کی جاتی ہے، اور اسے کم توانائی خرچ کرنے والے اسپنٹرانک آلات کی طرف ایک راستہ سمجھتے ہیں۔ نتائج تجربہ گاہ میں پتلی تہوں سے حاصل ہوئے ہیں؛ ناپے گئے سگنل کے پلٹنے سے آگے کوئی آلہ ابھی تک نہیں دکھایا گیا۔