கேம்பிரிட்ஜ் ஆராய்ச்சியாளர்கள் மின்தடை நானோதுகள்களிலிருந்து ஒரு ‘முடியாது’ என்று கருதப்பட்ட LED-ஐ உருவாக்கினர்

ஒரு நீண்டகாலப் பொருட் தடையைக் கடந்து இருக்கலாம்

கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், இதுவரை முடியாது என்று கருதப்பட்ட ஒன்றை சாதித்ததாகக் கூறுகின்றனர்: மின்தடைப் பண்புடைய நானோதுகள்களிலிருந்து LEDs உருவாக்குதல். இவர்களின் தீர்வு, சிறப்பாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட கரிம மூலக்கூறுகளை “molecular antennas” போல பயன்படுத்தி, சாரக் கேரியர்களைப் பிடித்து, இல்லையேல் மின்சாரம் செலுத்த முடியாத பொருளுக்குள் ஆற்றலை மாற்றுவதாகும்.

Nature இதழில் வெளியான இந்தப் பணி, lanthanide-doped nanoparticles அல்லது LnNPs-ஐ குறிவைக்கிறது. இவை மிகவும் நிலையானதும் மிகத் தூய்மையான ஒளியை உருவாக்குவதாலும் மதிக்கப்படுகின்றன. இதுவரை, மின்கடத்துத்தன்மை இல்லாததால் அவற்றை வழக்கமான மின்னணு ஒளி வெளியீட்டு சாதனங்களில் பயன்படுத்த முடியாமல் இருந்தது.

இந்த நானோதுகள்கள் ஏன் முக்கியம்

LnNPs கவர்ச்சிகரமானவை, ஏனெனில் அவை second near-infrared region-இல் ஒளியெழுப்ப முடியும்; இது உயிரியல் திசுக்களின் ஆழத்திற்கும் ஊடுருவும் spectrum பகுதி. அதனால் மருத்துவப் படமெடுப்பு மற்றும் உணர்தலில் அவை தெளிவான பயன்பாட்டை அளிக்கின்றன, அங்கு ஆழமான ஊடுருவல் மற்றும் சுத்தமான signals சிறந்த செயல்திறனைத் தர முடியும். அதே optical purity தகவல்தொடர்பு தொழில்நுட்பத்திலும் மேம்பட்ட detectors-இலும் முக்கியமாக இருக்கலாம்.

பிரச்சினை ஒருபோதும் அவற்றின் ஒளித் தரம் இல்லை. பிரச்சினை மின்சக்திதான். மின்தடைகள் எளிதில் மின்னோட்டத்தை எடுத்துச் செல்லாது; அதனால் அவற்றை ஒரு LED-இன் நேரடியான மின்சார கட்டமைப்பில் இணைப்பது கடினம்.

“Back door” அணுகுமுறை

வழங்கப்பட்ட மூல உரையின் படி, கேம்பிரிட்ஜ் குழு, ஆன்டெனாக்கள் போல செயல்படும் கரிம மூலக்கூறுகளை இணைப்பதன் மூலம் அந்த வரம்பைத் தாண்டியது. மின்தடை நானோதுளையின் வழியே மின்னோட்டத்தை கட்டாயப்படுத்துவதற்குப் பதிலாக, அந்த மூலக்கூறுகள் முதலில் மின்சார ஆற்றலைப் பிடித்து, அதை ஒளி வெளியிடும் அமைப்புக்குள் மாற்றுகின்றன. Professor Akshay Rao இதை துகள்களை இயக்க ஒரு “back door” கண்டுபிடித்ததாக விவரித்தார்.

இந்த framing முக்கியமானது, ஏனெனில் இது ஒருமுறை செய்யும் உத்தி அல்ல, ஒரு platform concept-ஐக் குறிப்பது. molecular interfaces மின்னியல் செயற்பாட்டு பொருட்களையும் optical-ஆக சிறப்பான, ஆனால் மின்தடை நானோதுகள்களையும் தொடர்ந்து இணைக்க முடிந்தால், எதிர்கால emitters-க்கு உள்ள design space பெரிதாக விரிவடையும்.

Near-infrared சாத்தியம்

இந்த முன்னேற்றம் குறிப்பாக அது சார்ந்த wavelength region காரணமாக குறிப்பிடத்தக்கது. Near-infrared emitters உயிரியல் படமெடுப்பு, உணர்தல், மற்றும் சில தகவல்தொடர்பு பயன்பாடுகளுக்கு முக்கியமானவை; ஆனால் மிகத் தூய்மையான emission-ஐ திறமையாக உருவாக்குவது கடினம். Lanthanide-based systems optical stability காரணமாக நீண்ட காலமாக நம்பிக்கையளிப்பவையாக இருந்தன. சவால் அவற்றை சாதனங்களில் நடைமுறையாக இணைப்பதில்தான் இருந்தது.

இந்த புதிய முறை scale ஆனால், பாரம்பரியப் பொருட்கள் எட்ட முடியாத பண்புகளைக் கொண்ட புதிய வகை LEDs உருவாகலாம். மூலப் பொருள் மிகத் தூய்மையான near-infrared light மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க efficiency-ஐ வலியுறுத்துகிறது; இரண்டும் இந்த தொழில்நுட்பத்தை ஆய்வகத்திற்குப் புறம்பாகவும் பொருத்தமாக்கலாம்.

இது அறிவியல் ரீதியாக சுவாரசியமானது ஏன்

இங்கே மேலும் ஆழமான அறிவியல் அம்சமும் உள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெறும் அறியப்பட்ட semiconductor பாதையைக் குறைக்கவில்லை. மின்னியல் தூண்டுதலை molecular design மூலம், வழக்கமான intuition LED பயன்பாடுகளுக்கு பொருத்தமற்றது என்று கருதும் ஒரு பொருள் வகைக்குள் திருப்ப முடியும் என்பதை அவர்கள் காட்டுகின்றனர்.

இத்தகைய முடிவுகள் முக்கியமானவை, ஏனெனில் அவை engineering assumptions-ஐ மீண்டும் வரையறுக்கின்றன. ஒரு பொருள் வகை “optically useful but electrically unusable” என்பதிலிருந்து “right interface இருந்தால் usable” என்பதற்கு மாறும்போது, முழு ஆராய்ச்சி திட்டங்களே மாறக்கூடும்.

அடுத்தது என்ன

ஆய்வக நிரூபணத்திலிருந்து வணிகத் தளத்திற்கு செல்லும் பாதை எப்போதும் தானாக நடக்காது. Device durability, manufacturability, உள்ளமைந்த architectures-உடன் integration, மற்றும் செலவு ஆகியவை இந்த அணுகுமுறை நடைமுறை தொழில்நுட்பமாக மாறுமா என்பதை தீர்மானிக்கும். இருந்தாலும், இந்தக் கூற்று முக்கியமானது. மிகவும் நம்பிக்கையூட்டும் ஒளி வெளியீட்டு பொருள் அமைப்பில் இருந்த ஒரு பெரிய கட்டுப்பாடு விலக்கப்பட்டதாகத் தெரிகிறது.

materials science, photonics, மற்றும் bioimaging சந்திக்கும் இடத்தை கவனிக்கும் emerging technology துறைகளுக்கு, இது நெருக்கமாக கண்காணிக்க வேண்டிய முன்னேற்றம். சில நேரங்களில் ஒரு முன்னேற்றம் முக்கியமாவது, அது ஏற்கனவே உள்ள கூறை சிறிது மேம்படுத்துவதால் அல்ல, முன்பு முற்றிலும் விலக்கப்பட்ட கூறை மின்சார ரீதியாக சாத்தியமாக்குவதால்.

இந்த கட்டுரை Science Daily-ன் செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூல கட்டுரையைப் படிக்கவும்.