কেমব্রিজ গবেষকেরা ইনসুলেটিং ন্যানোপার্টিকল থেকে এক ‘অসম্ভব’ LED বানিয়েছেন

পদার্থবিজ্ঞানের এক দীর্ঘস্থায়ী বাধা ভেঙে গেছে বলে মনে হচ্ছে

কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকেরা বলছেন, তারা এমন কিছু করেছেন যা অসম্ভব বলে মনে করা হত: বিদ্যুৎ নিরোধক ন্যানোপার্টিকল দিয়ে LEDs তৈরি করা। তাঁদের সমাধানে বিশেষভাবে নির্বাচিত জৈব অণু ব্যবহার করা হয়েছে, যা “molecular antennas” হিসেবে কাজ করে charge carriers ধরে এবং শক্তিকে এমন উপাদানে স্থানান্তর করে যা অন্যথায় power করা যেত না।

Nature-এ প্রকাশিত এই গবেষণা lanthanide-doped nanoparticles বা LnNPs-কে কেন্দ্র করে, যেগুলো অত্যন্ত স্থিতিশীল ও অত্যন্ত বিশুদ্ধ আলো উৎপন্ন করার জন্য মূল্যবান। এতদিন, এদের বিদ্যুৎ পরিবাহিতা না থাকায় প্রচলিত ইলেকট্রনিক আলো-নিঃসরণকারী ডিভাইসে ব্যবহার আটকে ছিল।

এই ন্যানোপার্টিকলগুলো কেন গুরুত্বপূর্ণ

LnNPs আকর্ষণীয়, কারণ এগুলো second near-infrared region-এ আলো নির্গত করতে পারে, যা বায়োলজিক্যাল টিস্যুর গভীরে পৌঁছায়। তাই চিকিৎসা-সংক্রান্ত ইমেজিং ও সেন্সিং-এ এদের স্পষ্ট সম্ভাবনা আছে, যেখানে গভীর অনুপ্রবেশ এবং পরিষ্কার সংকেত উন্নত কর্মক্ষমতা দিতে পারে। একই optical purity যোগাযোগ প্রযুক্তি ও উন্নত ডিটেক্টরের ক্ষেত্রেও গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।

সমস্যা কখনও তাদের আলোর মান ছিল না। সমস্যা ছিল power নিয়ে। ইনসুলেটর সহজে কারেন্ট বহন করে না, তাই তাদের একটি LED-এর সরল বৈদ্যুতিক কাঠামোতে যুক্ত করা কঠিন।

“Back door” পদ্ধতি

প্রদত্ত উৎসপাঠ অনুযায়ী, কেমব্রিজ দলটি এমন জৈব অণু যুক্ত করে এই সীমাবদ্ধতা এড়িয়ে গেছে, যেগুলো অ্যান্টেনার মতো কাজ করে। ইনসুলেটিং ন্যানোপার্টিকলের ভেতর দিয়ে কারেন্ট জোর করে পাঠানোর বদলে, অণুগুলো প্রথমে বৈদ্যুতিক শক্তি ধরে এবং তারপর সেটি আলোক-নিঃসরণকারী সিস্টেমে স্থানান্তর করে। Professor Akshay Rao এটিকে কণাগুলোকে power দেওয়ার একটি “back door” বলে বর্ণনা করেছেন।

এই framing গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি এককালীন কৌশলের বদলে একটি platform concept-এর ইঙ্গিত দেয়। যদি molecular interfaces বৈদ্যুতিকভাবে সক্রিয় উপাদান এবং optically exceptional কিন্তু insulating nanoparticles-এর মধ্যে ধারাবাহিক সেতু তৈরি করতে পারে, তাহলে ভবিষ্যৎ emitters-এর design space অনেকটাই বড় হয়ে যায়।

Near-infrared সম্ভাবনা

এই ব্রেকথ্রুটি বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য, কারণ এটি যে wavelength region-এ কাজ করে। Near-infrared emitters বায়োমেডিকেল ইমেজিং, সেন্সিং, এবং কিছু communications অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, তবে ultra-pure emission দক্ষতার সঙ্গে উৎপন্ন করা প্রায়ই কঠিন। Lanthanide-based systems দীর্ঘদিন ধরেই তাত্ত্বিকভাবে আশাব্যঞ্জক ছিল, কারণ এদের optical stability খুব ভালো। চ্যালেঞ্জ ছিল ডিভাইসে বাস্তবসম্মতভাবে একীভূত করা।

এই নতুন পদ্ধতি যদি scale করে, তবে এটি এমন এক নতুন ধরনের LED তৈরি করতে পারে, যার বৈশিষ্ট্যের সঙ্গে প্রচলিত উপাদানগুলো সহজে পাল্লা দিতে পারবে না। উৎস উপাদান ultra-pure near-infrared light এবং উল্লেখযোগ্য efficiency-কে জোর দেয়, যা প্রযুক্তিটিকে ল্যাবের বাইরেও গুরুত্বপূর্ণ করে তুলতে পারে।

বৈজ্ঞানিকভাবে এটি কেন আকর্ষণীয়

এখানে আরও গভীর বৈজ্ঞানিক দিকও আছে। গবেষকেরা কেবল একটি পরিচিত semiconductor pathway-কে অপ্টিমাইজ করছেন না। তাঁরা দেখাচ্ছেন যে electrical excitation-কে molecular design-এর মাধ্যমে এমন এক উপাদান শ্রেণিতে ঘুরিয়ে দেওয়া যায়, যেটিকে সাধারণ ধারণা LED ব্যবহারের জন্য অনুপযুক্ত বলে মনে করত।

এ ধরনের ফলাফল গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এগুলো engineering assumptions-কে নতুনভাবে সংজ্ঞায়িত করে। একবার কোনো উপাদান শ্রেণি “optically useful but electrically unusable” থেকে “right interface থাকলে usable” পর্যায়ে গেলে, পুরো research program-ই বদলে যেতে পারে।

এরপর কী

ল্যাব-প্রমাণ থেকে বাণিজ্যিক platform-এ যাওয়া কখনও স্বয়ংক্রিয় নয়। Device durability, manufacturability, বিদ্যমান architecture-এর সঙ্গে integration, এবং খরচ নির্ধারণ করবে এই পদ্ধতি বাস্তব প্রযুক্তিতে পরিণত হবে কি না। তবুও, দাবি নিজেই গুরুত্বপূর্ণ। একটি অত্যন্ত সম্ভাবনাময় light-emitting materials system-এর বড় একটি সীমাবদ্ধতা এড়ানো গেছে বলে মনে হচ্ছে।

materials science, photonics, এবং bioimaging-এর সংযোগস্থল নিয়ে কাজ করা emerging technology sector-এর জন্য এটি নিবিড়ভাবে নজর রাখার মতো উন্নতি। কখনও কখনও একটি breakthrough গুরুত্বপূর্ণ হয় শুধু এ কারণে নয় যে এটি বিদ্যমান উপাদানকে একটু উন্নত করে, বরং এ কারণে যে এটি আগে বাদ পড়ে থাকা একটি উপাদানকে বৈদ্যুতিকভাবে সম্ভব করে তোলে।

এই নিবন্ধটি Science Daily-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.