কোয়ান্টাম উপাদান গভীর-ইউভি আলো নির্গমনে রেকর্ড স্থাপন করে

গভীর-ইউভি আলোর নতুন পথ

গভীর-অতিবেগুনী পরিসরে দক্ষ আলো উৎপাদন করা — প্রায় 280 ন্যানোমিটারের চেয়ে কম তরঙ্গদৈর্ঘ্য — সেমিকন্ডাক্টর ফোটোনিক্সে সবচেয়ে কঠিন সমস্যাগুলির মধ্যে একটি হয়ে উঠেছে। গভীর-ইউভি আলোর রোগজনক জীবাণুনাশন, জল বিশুদ্ধিকরণ, সেমিকন্ডাক্টর লিথোগ্রাফি এবং quantum information processing এ শক্তিশালী প্রয়োগ রয়েছে, কিন্তু এটি দক্ষতার সাথে নির্গত করতে পারে এমন উপকরণগুলি সীমিত এবং কাজ করা কঠিন। Science তে প্রকাশিত একটি অধ্যয়ন একটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি বর্ণনা করে: hexagonal boron nitride এর moire quantum wells থেকে অত্যন্ত দক্ষ গভীর-ইউভি ল্যুমিনেসেন্স অর্জন করেছেন, একটি সমতল, দ্বিমাত্রিক ইনসুলেটর হিসাবে পরিচিত একটি উপাদান।

ফলাফলটি অবাক করার মতো। Hexagonal boron nitride, বা hBN, একটি wide-bandgap উপাদান যা গবেষকরা জানেন UV আলো নির্গত করতে পারে, কিন্তু দক্ষ, নিয়ন্ত্রিত নির্গমন অর্জন প্রমাণিত হয়েছে অধরা। এখানে উদ্ভাবন moire superlattice কাঠামোর ব্যবহার — hBN এর দুটি সামান্য ভুল সংযুক্ত স্তরকে স্ট্যাক করে তৈরি — quantum অবস্থাগুলিকে সীমাবদ্ধ করতে এবং পরিচালনা করতে যা প্রচলিত বাল্ক বা একক-স্তর উপাদানে সম্ভব নয়।

Moire প্রকৌশল কী করে

যখন দুটি পরমাণু পাতলা স্ফটিক স্তর একটি ছোট twist কোণ বা lattice অমিল সহ স্ট্যাক করা হয়, ফলাফল হস্তক্ষেপ প্যাটার্ন একটি moire superlattice তৈরি করে: atomic সম্ভাবনার একটি পর্যায়ক্রমিক পরিবর্তন যা অন্তর্নিহিত atomic কাঠামোর চেয়ে অনেক বড় দৈর্ঘ্য স্কেলে বিস্তৃত। এই superlattice ন্যানোস্কেল quantum confinement সাইটগুলির একটি অ্যারে হিসাবে কাজ করে — artificial quantum wells এবং quantum dots — তাদের তৈরি করার জন্য প্রয়োজনীয় জটিল nanofabrication ছাড়াই।

Moire প্রকৌশল 2018 সালে twisted bilayer graphene নির্দিষ্ট twist কোণগুলিতে superconducting হতে পারে এর আবিষ্কারের পরে condensed matter physics এ একটি রূপান্তরকারী কৌশল হিসাবে উদ্ভূত হয়েছে। তখন থেকে, গবেষকরা দ্বিমাত্রিক উপকরণগুলির বিস্তৃত পরিসীমা জুড়ে ধারণাটি প্রয়োগ করেছেন, correlated insulator states, ferromagnetism, এবং — এখন — hBN এ নাটকীয়ভাবে বর্ধিত আলো নির্গমন সহ ঘটনাগুলি আবিষ্কার করেছেন।

বর্তমান অধ্যয়নে, hBN এর moire কাঠামো localized quantum well অবস্থা তৈরি করে যা excitons — bound electron-hole pairs — superlattice এ নির্দিষ্ট সাইটগুলিতে আবদ্ধ করে। এই সীমাবদ্ধ excitons উচ্চ দক্ষতার সাথে radiatively recombine করে, গভীর-ইউভি photons নির্গত করে। Moire আবেগজনকতা radiative recombination এর সম্ভাবনা বৃদ্ধি করে এবং নির্গমন spectrum সংকুচিত করে, hBN এ আগে অর্জিত আরও উজ্জ্বল এবং বর্ণালীভাবে বিশুদ্ধ ইউভি আলো তৈরি করে।

গভীর ইউভি কেন যোগ্য

গভীর-ইউভি spectral পরিসর — প্রায় 200 থেকে 280 ন্যানোমিটার — DNA এবং proteins এর absorption শিখর অতিক্রম করে, এটি প্রচলিত জীবাণুনাশন পদ্ধতির সাথে যুক্ত রাসায়নিক অবশেষ ছাড়াই পৃষ্ঠতল, জল এবং বায়ু জীবাণুমুক্ত করার জন্য কার্যকর করে তোলে। COVID-19 মহামারী ইউভি জীবাণুনাশন প্রযুক্তিতে বাণিজ্যিক আগ্রহ পুনরুজ্জীবিত করেছে, এবং দক্ষ, compact গভীর-ইউভি light sources এর চাহিদা সেই অনুযায়ী বৃদ্ধি পেয়েছে।

বর্তমান গভীর-ইউভি LED প্রযুক্তি aluminum gallium nitride এর উপর ভিত্তি করে কার্যকরী কিন্তু দক্ষতায় সীমিত এবং জটিল বৃদ্ধির অবস্থার প্রয়োজন। hBN-ভিত্তিক পদ্ধতি, যদি এটি ল্যাবরেটরি প্রদর্শন থেকে উৎপাদনযোগ্য ডিভাইসে স্কেল করা যায়, তবে দক্ষ গভীর-ইউভি উৎসগুলির একটি আরও অ্যাক্সেসযোগ্য পথ প্রদান করতে পারে। hBN এর দ্বিমাত্রিক প্রকৃতি এটি নমনীয় substrates এবং silicon photonic platforms এর সাথে একীকরণ এর জন্য সামঞ্জস্যপূর্ণ করে তোলে।

Quantum Photonics প্রয়োগ

জীবাণুনাশনের বাইরে, ইউভি পরিসরে single-photon emitters quantum cryptography এবং quantum networking এর জন্য একটি চাওয়া সম্পদ। hBN পূর্বে room temperature এ কর্মক্ষম single-photon emitters এর host উপাদান হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে — অনেক অন্যান্য quantum emitter platforms এর উপর একটি উল্লেখযোগ্য সুবিধা যা cryogenic ক্রিয়াকলাপ প্রয়োজন। Moire quantum well কাঠামো স্কেলেবল quantum photonic সিস্টেম তৈরি করার জন্য মূল্যবান উচ্চ-মানের ইউভি single-photon emitters এর arrays এর জন্য একটি পথ প্রদান করতে পারে। গবেষণা moire physics এবং গভীর-ইউভি photonics এর একটি সংমিশ্রণ প্রতিনিধিত্ব করে যা hBN কে light-emitting ডিভাইসগুলির জন্য একটি প্ল্যাটফর্ম হিসাবে খুলে দেয় যেখানে প্রচলিত semiconductors সংগ্রাম করে।

এই নিবন্ধটি Science (AAAS) দ্বারা রিপোর্টিং এর উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন.