नव विकसित क्वासी 2डी टेल्यूरियम (टीई) नैनोशीट्स एक ही पदार्थ में चुंबकत्व और उत्प्रेरण को नियंत्रित करने का एक विलक्षण दृष्टिकोण प्रस्तुत करती हैं, जिससे सतत् हाइड्रोजन उत्पादन के लिए स्वदेशी समाधान विकसित करने का मार्ग प्रशस्त होता है, जिसका प्रभाव भविष्य में स्वच्छ ऊर्जा उत्पादन पर देखा जा सकता है।

जैसे-जैसे उपकरणों का आकार छोटा होता जा रहा है, अस्थिरता तथा कार्यक्षमता में कमी के कारण पारंपरिक पदार्थों की प्रासंगिकता सीमित होती जा रही है, और वैज्ञानिक ऐसे पदार्थों की तलाश कर रहे हैं जो बदलती आवश्यकताओं के अनुरूप हों। 2डी टेल्यूरियम (टीई) और टेल्यूराइड चुंबकों पर हालिया पूर्वानुमानों और प्रयोगों से संकेत मिला है कि इन्वर्ज़न सिमिट्री को तोड़ने तथा स्ट्रेन उत्पन्न करने से मौलिक टेल्यूरियम में स्पिन-ऑर्बिट प्रेरित चुंबकत्व और फेरोइलेक्ट्रिसिटी को सक्रिय किया जा सकता है।

इसी पृष्ठभूमि में, विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, इंस्टीट्यूट ऑफ नैनो साइंस एंड टेक्नोलॉजी (आईएनएसटी), मोहाली के वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक नए नैनो-पदार्थ, क्वासी 2डी α टेल्यूरियम (टीई) नैनोशीट्स को एक उद्भूत फेरोमैग्‍नेटिक अवस्था में विकसित करने का तरीका खोजा है, जो भविष्य में हाइड्रोजन उत्पादन करने वाले इलेक्ट्रोलाइज़र को अधिक ऊर्जा दक्ष बना सकता है।

यह संभव है क्योंकि मैग्नेटोइलेक्ट्रिक नियंत्रण हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक वोल्टेज को कम करता है और अभिक्रिया की गति को बढ़ाता है, जिससे हरित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए बिजली की खपत कम हो जाती है।

इस प्रक्रिया में स्केलेबल लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन, स्ट्रेन-इंजीनियर्ड लैटिस विकृतियों तथा उन्नत स्पिन-संवेदी प्रोब्स का संयोजन किया गया है, जिससे यह स्पष्ट रूप से पता लगाया जा सके कि सतह पर अयुग्मित स्पिन किस प्रकार उत्पन्न होते हैं और उन्हें कैसे नियंत्रित किया जा सकता है।

चित्र: 2डी टीई नैनोशीट पर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रेरित हाइड्रोजन उत्क्रमण। लगाए गए चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में α टीई नैनोशीट की सतह पर अयुग्मित स्पिन हाइड्रोजन गैस के बुलबुले उत्पन्न करते हैं, तथा अधिक प्रबल चुंबकीय क्षेत्र पर इसका प्रदर्शन और बेहतर हो जाता है।

आईएनएसटी के वैज्ञानिक प्रो. दीपांकर मंडल तथा उनके पीएचडी छात्र दलिप सैनी ने प्रदर्शित किया है कि जब बल्क टेल्यूरियम को एक्सफोलिएट करके क्वासी 2डी α टीई नैनोशीट्स में परिवर्तित किया जाता है, तो सतह पर ऐसे अयुग्मित 5p इलेक्ट्रॉन स्पिन प्रकट हो जाते हैं जो सामान्यतः बल्क टीई में शमनित रहते हैं। इसके परिणामस्वरूप सतही स्ट्रेन तथा टूटी हुई इन्वर्ज़न सिमिट्री से संबद्ध एक उद्भूत फेरोमैग्नेटिक अवस्था उत्पन्न होती है।

यह सतही चुंबकत्व फेरोइलेक्ट्रिसिटी के साथ सशक्त रूप से युग्मित होकर एक विशाल मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग करते हुए टीम ने हाइड्रोजन उत्क्रमण अभिक्रिया (एचईआर) को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया। इससे एक ऐसा एकल पदार्थ प्रदर्शित हुआ जो मल्टीफेरोसिटी, स्पिन्ट्रॉनिक्स तथा इलेक्ट्रोकैटालिसिस को आपस में जोड़ता है।

एडवांस्ड मैटेरियल्स में प्रकाशित इस कार्य से यह प्रदर्शित होता है कि एक मूल तत्त्व-आधारित 2डी पदार्थ, क्वासी 2डी α टेल्यूरियम, सतह पर अयुग्मित स्पिन को धारण कर सकता है, जो फेरोमैग्नेटिक रूप से सुव्यवस्थित हो जाते हैं और जिन्हें संक्रमण धातु आयनों या जटिल चुंबकीय यौगिकों पर निर्भर रहने के बजाय स्ट्रेन तथा विद्युत क्षेत्रों के माध्यम से प्रत्यक्ष रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।

यह इसी कुछ-परतों वाले टीई प्लेटफ़ॉर्म में इस सतही फेरोमैग्नेटिज़्म को फेरोइलेक्ट्रिक तथा प्रबल पाइजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रियाओं के साथ विशिष्ट रूप से युग्मित करता है, और फिर यह प्रदर्शित करता है कि इस मैग्नेटोइलेक्ट्रिक युग्मन का उपयोग हाइड्रोजन उत्क्रमण उत्प्रेरण को सक्रिय रूप से बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

यह कार्य तीन क्षेत्रों—स्पिन्ट्रॉनिक्स, मल्टीफेरोइक नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स तथा हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों—को आपस में जोड़ता है और कम-ऊर्जा स्मृति उपकरणों, स्मार्ट सेंसरों तथा मैग्नेटोइलेक्ट्रिक-संचालित जल इलेक्ट्रोलाइज़र में संभावित अनुप्रयोगों को लक्ष्‍य करता है।

क्वासी 2डी α टीई नैनोशीट्स की स्थिरता तथा लचीलेपन के कारण वे लचीली, पोर्टेबल तथा वियरेबल ऊर्जा और सेंसिंग प्रौद्योगिकियों के लिए अत्यंत संभावनाशील हैं, जिससे व्यापक जनसंख्या के लिए स्वच्छ ऊर्जा तक पहुँच तथा रिअॅल टाइम में स्वास्थ्य या पर्यावरणीय निगरानी को बेहतर बनाया जा सकता है।

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