குவாண்டம் டாட் இமேஜிங் முறை மறைந்த மேற்பரப்பு ஒளி அலைகளை காட்சியளிக்கிறது

நீண்ட காலமாக மறைந்திருந்த நானோ அளவிலான ஒரு நிகழ்வு வெளிச்சத்திற்கு வருகிறது

ஒசாகா மெட்ரோபொலிடன் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், உலோக மேற்பரப்புகளில் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மான் போலாரிடான்களை காணக்கூடியதாக மாற்றும் புதிய இமேஜிங் முறையை உருவாக்கியுள்ளனர்; இதனால் கவனிக்க கடினமான ஒரு நானோ அளவிலான விளைவு, ஆராய்ச்சியாளர்கள் நேரடியாக வரைபடமாக்கக்கூடிய ஒன்றாக மாறுகிறது. Nano Letters இதழில் வெளியிடப்பட்டு Phys.org மூலம் அறிக்கையிடப்பட்ட இந்த ஆய்வு, மிக மெல்லிய புளோரசன்ட் குவாண்டம் டாட் அடுக்கை பயன்படுத்தி, இந்த மிகவும் கட்டுப்பட்ட ஒளி அலைகள் இடத்திலும் காலத்திலும் எவ்வாறு நகர்கின்றன என்பதை வெளிப்படுத்துகிறது.

மேற்பரப்பு பிளாஸ்மான் போலாரிடான்கள், அல்லது SPPs, என்பது ஒரு உலோகம் மற்றும் காற்று அல்லது கண்ணாடி போன்ற டைஎலக்ட்ரிக் ஒன்றின் எல்லை வழியாக பயணிக்கும் மின்காந்த அலைகள். திறந்த வெளியில் பரவும் சாதாரண ஒளியுடன் ஒப்பிடும்போது, SPPs அந்த இடைமுகத்திலேயே சிக்கி நிற்கின்றன. அந்தக் கட்டுப்பாடே அவற்றை மிக உயர்திறன் சென்சார்கள், ஒளி சுற்றுகள், மற்றும் சில குவாண்டம்-கருவி கருத்துக்கள் போன்ற மேம்பட்ட தொழில்நுட்பங்களுக்கு ஈர்க்கக்கூடியதாக மாற்றுகிறது. ஆனால் அதுவே அவற்றை நிஜமான சூழ்நிலைகளில் நேரடியாகக் காண கடினமாகவும் செய்கிறது.

இந்த புதிய நுட்பம் அந்த அளவீட்டு சிக்கலை கருத்தரீதியாக நேர்த்தியானதும் நடைமுறையில் பொருந்தக்கூடியதும் ஆகிய ஒரு அணுகுமுறையுடன் தீர்க்கிறது. உலோக மேற்பரப்பில் குவாண்டம் டாட்களை பூசி, ஆய்வு குழு கடந்து செல்லும் பிளாஸ்மானிக் அலைகளுக்கு பதிலளித்து அவற்றின் இருப்பை காணக்கூடிய ஒளி சிக்னல்களாக மாற்றும் ஒரு அடுக்கை உருவாக்கியது. அலைகளை மறைமுகமாக ஊகிப்பதற்குப் பதிலாக, இந்த முறை அலைகளே தங்களின் தடத்தை ஒளியில் வரையச் செய்கிறது.

முறை எப்படி செயல்படுகிறது

குவாண்டம் டாட்கள் என்பது ஒளி உமிழும் நடத்தை கொண்ட அரைமின்கடத்தி நானோ துகள்கள். ஒசாகா மெட்ரோபொலிடன் பல்கலைக்கழக ஆய்வில், அவை ஒரு உலோக மேற்பரப்பில் மிக மெல்லிய புளோரசன்ட் பூச்சாக பதப்படுத்தப்பட்டன. குழு அருகின்இன்ஃப்ராரெட் femtosecond லேசரை பயன்படுத்தி மேற்பரப்பு பிளாஸ்மான் போலாரிடான்களை உருவாக்கியபோது, SPPs குவாண்டம் டாட்களைத் தூண்டின.

அந்தத் தூண்டுதல் upconversion fluorescence-ஐ இயக்கியது; இதில் பல குறைந்த ஆற்றல் ஃபோட்டான்கள் ஒன்றாக சேர்ந்து, அதிக ஆற்றல் கொண்ட ஒரு வெளியிடப்பட்ட ஃபோட்டானாக செயல்படுகின்றன. அதன் விளைவாக, இல்லையெனில் மறைந்திருக்கும் மேற்பரப்பு அலைகளின் இருப்பையும் நடத்தையையும் குறியாக்கிய ஒரு காணக்கூடிய ஒளிர்வு உருவானது.

வெளியிடப்படும் புளோரசன்ஸ் SPPs-க்கு பதிலளிப்பதால், பூசப்பட்ட மேற்பரப்பு ஒரு வகை இமேஜிங் தளமாக செயல்படுகிறது. இந்த அமைப்பு அலைகளை இடத்திலும் காலத்திலும் பிடிக்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு அனுமதித்ததாக மூல அறிக்கை கூறுகிறது; பொதுவாகக் கணக்கிட கடினமான பரவல் வடிவங்களை நேரடியாகக் காண இது உதவியது. சிறிய வடிவியல் மாற்றங்கள், மறைந்திருக்கும் இடைமுகங்கள், மற்றும் நிஜ உலக கருவி அமைப்புகள் அளவீட்டை சிக்கலாக்கும் plasmonics துறைக்கு இது ஒரு முக்கியமான முன்னேற்றமாகும்.

பல்கலைக்கழகத்தின் Graduate School of Engineering-இன் முதன்மை எழுத்தாளர் Masahiro Shibuta, மூலப் பொருளில் சவாலைத் தெளிவாக விவரித்தார்: குறிப்பாக நிஜமான அல்லது மறைந்த அமைப்புகளில் SPP பரவலை நேரடியாகக் காட்சிப்படுத்துவது இதுவரை கடினமாகவே இருந்தது. புதிய முறை அந்தச் சிக்கலை நேரடியாகக் குறிவைக்கிறது.

மேற்பரப்பு பிளாஸ்மான் போலாரிடான்கள் ஏன் முக்கியம்

SPPs முக்கியமான ஆராய்ச்சி துறையாக மாறியுள்ளன, ஏனெனில் அவை பாரம்பரிய diffraction வரம்பிற்குக் கீழே ஒளியை கட்டுப்படுத்தும் ஒரு வழியை வழங்குகின்றன. வழக்கமான ஒளியியல் முறைகளில், ஒளியின் அலைநீளம் அது எவ்வளவு நெருக்கமாகச் சிக்க வைக்கப்படலாம் அல்லது கையாளப்படலாம் என்பதில் வரம்பை ஏற்படுத்துகிறது. உலோக இடைமுகங்களில் உள்ள பிளாஸ்மானிக் முறைகள், ஒளி புலங்களை இன்னும் சிறிய பரிமாணங்களில் அழுத்தி அடக்க முடியும்; இதனால் அவை சிறியளவிலான photonic அமைப்புகளுக்கு பயன்படுகின்றன.

அந்த திறன் பல தொழில்நுட்பத் துறைகளின் மையமாக உள்ளது. சென்சிங்கில், வலுவான உள்ளூர் புல மேம்பாடு, மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள மிகச் சிறிய இரசாயன அல்லது உயிரியல் மாற்றங்களுக்கான உணர்திறனை உயர்த்த முடியும். optical interconnects மற்றும் circuits-இல், SPPs மின்னணு மற்றும் photonics இடையே பாலமாகச் செயல்படும் குறுகிய அமைப்புகளில் தகவலை வழிநடத்த உதவக்கூடும். குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களில், நானோ அளவிலான இடைமுகங்களில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தொடர்புகள் புதிய emission, coupling, மற்றும் readout அணுகுமுறைகளுக்கு ஆதரவளிக்கலாம்.

ஆனால் இந்த எல்லாத் துறைகளிலும் முன்னேற்றம் நிகழ, அலைகள் உண்மையில் என்ன செய்கின்றன என்பதைப் பார்க்க முடிவது அவசியம். பரவல் பாதைகள், இழப்புகள், இடையீடுகள், அல்லது நிஜமான கருவிகளில் உள்ள கட்டுப்பாடுகளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் நேரடியாக அளவிட முடியாவிட்டால், வடிவமைப்பு தேவையை விட மெதுவாகவும் மீள்மீளும் திருத்தங்களுடனும் ஆகிவிடும். ஆகவே, ஒரு நடைமுறை இமேஜிங் அணுகுமுறை ஒரே ஒரு பரிசோதனையைத் தாண்டியும் விளைவுகளை ஏற்படுத்தி, பல plasmonic தளங்களின் வளர்ச்சியை வேகப்படுத்தக்கூடும்.

இந்த அணுகுமுறை ஏன் குறிப்பிடத்தக்கது

இந்த முறையை தனித்துவமாக்கும் காரணங்களில் ஒன்று அதன் பல்துறைப் பயன்பாடு. அறிக்கை இதை குறுகிய ஆய்வக அமைப்புக்கு மட்டுப்படாத, நடைமுறைசார்ந்ததும் பொருந்தக்கூடியதும் என விவரிக்கிறது. இது முக்கியம், ஏனெனில் நானோ அளவிலான ஒளி முறைகளை வகைப்படுத்தும் பல தற்போதைய நுட்பங்கள் சிறப்பு கருவிகள், கடுமையான வடிவவியல், அல்லது மறைமுக மீள்கட்டமைப்பு முறைகளைத் தேவைப்படுத்துகின்றன.

குவாண்டம்-டாட் பூச்சு, உலோக மேற்பரப்பு ஒளி நடத்தை ஆய்வு செய்ய அதிக அணுகத்தக்க வழியை வழங்கக்கூடும். அந்த டாட்கள் உணர்திறன் ஊக்கிகளாக இருந்து, ஆற்றலை திறமையாக உறிஞ்சி மாற்றுவதால், காணமுடியாத மேற்பரப்பு-இணைந்த அலையையும் காணக்கூடிய ஒளி வெளிப்பாடாகவும் இணைக்கும் நேரடி பாலமாக செயல்படுகின்றன. செயல்முறையில், அந்த இடைமுகமே தானாகவே தகவலை வெளிப்படுத்துகிறது.

கால அம்சமும் முக்கியமானது. நிலையான படங்கள் ஒரு முறை எங்கு இருக்கிறது என்பதை காட்டலாம்; ஆனால் நேரம் சார்ந்த நடத்தை அது எவ்வாறு வளர்கிறது, சிதறுகிறது, அல்லது தளர்கிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. இரு பரிமாணங்களையும் கவனிக்க முடியும் திறன், குறிப்பாக மறைந்த அம்சங்கள் அல்லது சிக்கலான அமைப்புகள் நேரடி ஆய்வை மறைக்கும் கருவிகளில், சாதன செயல்திறன் மற்றும் தோல்வி புள்ளிகள் குறித்த புரிதலை மேம்படுத்தும்.

அடுத்த தலைமுறை photonics-க்கு ஏற்படும் விளைவுகள்

உடனடி விளைவு ஒரு மேம்பட்ட ஆராய்ச்சி கருவியே தவிர, இறுதியாக முடிவடைந்த வணிகப் பொருள் அல்ல. ஆனால் கருவிகளே ஒரு துறையின் முழு வேகத்தையும் நிர்ணயிக்கின்றன. இந்த முறை பலவகை பொருட்களிலும் கருவி கட்டமைப்புகளிலும் வலுவாக நிரூபிக்கப்பட்டால், சென்சர்கள், plasmonic chips, மற்றும் கலப்பு ஒளி அமைப்புகளில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் விரைவாக திருத்தங்களைச் செய்ய உதவலாம்.

வழக்கமான ஒளி நுண்ணோக்கிகள் போதுமான தகவலை வழங்க முடியாத சூழல்களிலும், அல்லது மேற்பரப்பு அலைப் பரவலை குறைவாகத் தொந்தரவு செய்யும் முறையில் பார்க்க ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு தேவைப்படும் சூழல்களிலும் இது குறிப்பாக பயனுள்ளதாக இருக்கும். plasmonic மற்றும் nanophotonic கூறுகள் பெரும்பாலும் அடுக்குகளாக அல்லது சுருக்கமான அமைப்புகளாக பொருத்தப்பட்டிருப்பதால், நிஜமான சூழ்நிலைகளில் செயல்படும் முறை, வெறும் idealized demonstrations-இல் மட்டும் செயல்படும் முறையைவிட அதிக மதிப்புடையதாக இருக்கும்.

இந்த வேலை மேம்பட்ட பொருட்கள் ஆராய்ச்சியில் காணப்படும் ஒரு பரந்த போக்கையும் பிரதிபலிக்கிறது: ஒரு நானோ அளவிலான அமைப்பை மற்றொன்றை வெளிப்படுத்த பயன்படுத்துவது. குவாண்டம் டாட்கள் ஏற்கனவே ஒளி உமிழ்வு மற்றும் optoelectronic நடத்தைக்காக பரவலாக ஆய்வு செய்யப்படுகின்றன. இங்கு அவை plasmonic அலைகளுக்கான இமேஜிங் இடைமுகமாக மறுபயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன; கருவி சிக்கல்களைத் தீர்ப்பதில் துறைகளைக் கடக்கும் பொருட்கள் வடிவமைப்பு சாதனச் சிக்கல்களைத் தீர்ப்பதைப்போலவே பயனுள்ளதாக இருக்கும் என்பதை இது காட்டுகிறது.

காணாத இயற்பியலிலிருந்து காணக்கூடிய பொறியியலுக்குப் பயணம்

பல ஆண்டுகளாக, மேற்பரப்பு பிளாஸ்மான் போலாரிடான்கள் நானோ அளவிலான ஒளி கட்டுப்பாட்டின் வாக்குறுதியின் மையமாக இருந்தபோதும், நேரடியாகக் கவனிக்கக் கடினமாகவே இருந்தன. ஒசாகா குழுவின் அணுகுமுறை, எதிர்கால கருவிகள் உண்மையில் இயங்கப் போகும் இயற்பியல் சூழல்களை விட்டு விலகாமல், அந்த மறைந்த அலைகளை காணக்கூடிய சிக்னல்களாக மாற்றும் ஒரு வழியை வழங்குகிறது.

அந்த மாற்றம் முக்கியமானது. சிறந்த காட்சிப்படுத்தல் என்பதன் பயன் கட்டுரைகளுக்கான தெளிவான படங்களை உருவாக்குவதற்காக மட்டுமல்ல. அது நோய்நீக்கம், சரிபார்ப்பு, மற்றும் பொறியியல் நம்பிக்கையை மேம்படுத்துகிறது. ஆற்றல் எங்கு செல்கிறது, எங்கு கசிய்கிறது, காலப்போக்கில் அது எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் பார்க்க முடிந்தால், அவர்கள் அப்ஸ்ட்ராக்ட் மாடலிங்கிலிருந்து அதிக முன்கணிக்கத்தக்க வடிவமைப்பிற்குச் செல்ல முடியும்.

அந்த வகையில், இந்த ஆய்வின் முக்கியத்துவம் அது உருவாக்கும் படங்களிலேயே மட்டுமல்ல, அது உருவாக்கும் பரிசோதனைச் சுதந்திரத்திலும் இருக்கிறது. ஒருகாலத்தில் மறைமுகமாக மீள்கட்டமைக்க வேண்டியிருந்த ஒரு நிகழ்வை இப்போது மேலும் நேரடியாகக் காண முடிகிறது; இது நானோ அளவிலான இயற்பியலிலிருந்து நடைமுறைப்படுத்தக்கூடிய ஒளித் தொழில்நுட்பத்திற்கான தெளிவான பாதையைத் திறக்கிறது.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org செய்தியின் அடிப்படையில் தயாரிக்கப்பட்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.