গ্রাফিনের আবিষ্কারের পর দ্বিমাত্রিক ট্রানজিশন মেটাল ডাইক্যালকোজেনাইড (TMD) কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানে নতুন দিগন্ত উন্মোচন করেছে। মনোলেয়ার অবস্থায় এর ডিরেক্ট ব্যান্ডগ্যাপ, স্থানিক প্রতিসাম্যের অনুপস্থিতি এবং দানবীয় স্পিন-অরবিট কাপলিং তথ্যের প্রক্রিয়াকরণে এক সম্পূর্ণ নতুন কোয়ান্টাম স্বাধীনতা এনে দিয়েছে: ভ্যালিস্যুডোস্পিন বা ভ্যালিনট্রনিক্স (Valleytronics)।

১. মোনোলেয়ার TMD ও ব্যান্ডগ্যাপের রূপান্তর

বাল্ক অবস্থায় ( ext{MoS}_2) বা ( ext{WSe}_2) ইনডিরেক্ট ব্যান্ডগ্যাপ যুক্ত হলেও যখন এদের একটিমাত্র পারমাণবিক স্তরে পৃথক করা হয়, তখন ভ্যান ডার ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া অপসারিত হওয়ায় এটি ব্রিলুয়া জোনের (K) ও (K’) বিন্দুতে একটি নিখুঁত ডিরেক্ট ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টরে রূপান্তরিত হয়।

২. ইনভার্সন প্রতিসাম্যহীনতা ও স্পিন-ভ্যালি লকিং

মনোলেয়ার TMD-তে স্থানিক ইনভার্সন প্রতিসাম্য নেই ((mathcal{P}) broken)। এর সাথে ভারী ট্রানজিশন ধাতুর গভীর স্পিন-অরবিট কাপলিং যুক্ত হয়ে ভ্যালেন্স ব্যান্ডকে শত শত মিলি-ইলেকট্রনভোল্ট বিভক্ত করে দেয়:

[
ext{ভ্যালি } K implies ext{স্পিন } uparrow, quad ext{ভ্যালি } K’ implies ext{স্পিন } downarrow
]

এখানে প্রতিটি ভ্যালির সাথে একটি নির্দিষ্ট স্পিন স্থায়ীভাবে লকড থাকে। ফলে তাপীয় কারণে এক ভ্যালি থেকে অন্য ভ্যালিতে চার্জের বিক্ষেপণ কার্যত অসম্ভব হয়ে পড়ে।

৩. অপটিক্যাল সিলেকশন ও ভ্যালিনট্রনিক্স

বেরি বক্রতার (Berry Curvature) বিপরীত অভিমুখিতার কারণে আলোর পোলারাইজেশন দ্বারা পৃথক ভ্যালি নিয়ন্ত্রণ করা যায়:

  • ডান-ঘূর্ণায়মান আলো ((sigma^+)) কেবল (K) ভ্যালিতে ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করে।
  • বাম-ঘূর্ণায়মান আলো ((sigma^-)) কেবল (K’) ভ্যালিতে ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করে।

বাহ্যিক তড়িৎক্ষেত্রে বেরি বক্রতার কারণে দুই ভ্যালির ইলেকট্রন দুই বিপরীত প্রান্তে ধাবিত হয়ে সৃষ্টি করে বিখ্যাত ভ্যালি হল প্রভাব (Valley Hall Effect)।

৪. মোয়ারে সুপারল্যাটিস ও ফ্ল্যাট ব্যান্ড

দুটি দ্বিমাত্রিক স্তরের মাঝে সামান্য কোণ (( heta approx 1.1^circ)) তৈরি করে স্থাপন করলে পরমাণুর উপরিপাতনে গঠিত হয় মোয়ারে প্যাটার্ন (Moiré Superlattice)। এই অবস্থায় ইলেকট্রনের ব্যান্ড সম্পূর্ণ সমতল (Flat Band) হয়ে গতিশক্তি হারিয়ে ফেলে। ফলে ইলেকট্রনগুলোর পারস্পরিক তীব্র কুলম্ব বিকর্ষণ থেকে সৃষ্টি হয় মোট ইনসুলেটর এবং অচিন্ত্যনীয় অপ্রচলিত সুপারকন্ডাক্টিভিটি।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।