மிக மெல்லிய சிலிக்கான் கட்டமைப்புகள் நொடியின் பில்லியனில் ஒரு பங்கில் நடு-அகச்சிவப்பு ஒளியைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன

நடு-அகச்சிவப்பு ஒளியைக் கட்டுப்படுத்துவது ஏன் மதிப்புமிக்கது

மின்காந்த நிறமாலையின் நடு-அகச்சிவப்பு பட்டை நவீன உணர்தலில் ஒரு சிறப்பான இடத்தைப் பெற்றுள்ளது. மூலக்கூறுகள் இந்த அலைநீளங்களில் ஒளியை மிகக் குறிப்பிட்ட வழிகளில் உறிஞ்சி தொடர்பு கொள்கின்றன, இது ஒரு பொருள் உண்மையில் என்ன என்பதை வெளிப்படுத்தும் நிறமாலை கைரேகைகளை உருவாக்குகிறது. அந்தப் பண்பு நடு-அகச்சிவப்பு நிறமாலையியலுக்கு அடிப்படையாக அமைகிறது, இது உயிரியல் பொருட்களை அடையாளம் காணவும், போதைப்பொருட்களைக் கண்டறியவும், சுற்றுச்சூழலில் மாசுபடுத்திகளைக் கண்டறியவும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்பியிருக்கும் ஒரு நுட்பமாகும்.

உணர்தல் மட்டுமே பயன்பாடு அல்ல. நடு-அகச்சிவப்பு ஒளி கம்பிகள் அல்லது ஒளியிழைகள் இல்லாமல் காற்று வழியாக தகவல்களை எடுத்துச் செல்ல முடியும். இரண்டு பாத்திரங்களிலும் நடைமுறைப் பயன் ஒன்றே: ஆராய்ச்சியாளர்கள் நடு-அகச்சிவப்பு ஒளியின் மீது வைத்திருக்கும் கட்டுப்பாடு இறுக்கமாக இருந்தால், அவர்களின் உணரிகள் மிகவும் உணர்திறன் பெறும், அவர்களின் தொடர்பு இணைப்புகள் வேகமாக இயங்க முடியும். எனவே அந்தக் கட்டுப்பாட்டை மேம்படுத்துவது ஒரு மைய பொறியியல் இலக்காக மாறியுள்ளது.

பெரும்பாலான மெட்டாசர்ஃபேஸ்களின் பிரச்சனை: அவை தயாரிப்பில் உறைந்துவிடுகின்றன

அந்தக் கட்டுப்பாட்டுப் பிரச்சனைக்கு மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய பதில்களில் ஒன்றாக மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் உருவாகியுள்ளன. இவை நானோ அளவில் வடிவமைக்கப்பட்ட மிக மெல்லிய கட்டமைப்புகள், அவற்றின் வடிவியல் ஒளி அலைகளை வடிவமைத்து வழிநடத்தும் வகையில் பொறியியல் செய்யப்பட்டவை, பெரிய வழக்கமான ஒளியியலை நம்பாமல்.

ஆனால் பலவற்றை உண்மையான ஒளியியல் அமைப்புகளில் இருந்து விலக்கி வைத்த ஒரு பிடிப்பு உள்ளது. இதுவரை நிரூபிக்கப்பட்ட பெரும்பாலான மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் நிலையானவை: நானோ கட்டமைப்பு தயாரிக்கப்பட்டவுடன், அதன் ஒளியியல் பண்புகள் அப்படியே பூட்டப்படுகின்றன. சாதனம் அது கட்டப்பட்ட நோக்கத்தைச் செய்கிறது, வேறு எதையும் செய்யாது. ஒரு தேவைக்கேற்ப மாற்றக்கூடிய ஒளியியல் கூறு, அதாவது சிப்பை மீண்டும் கட்டமைக்காமல் அதன் பதிலை மாற்றக்கூடிய ஒன்று, காணாமல் போன பகுதியாக இருந்தது.

தொங்கவிடப்பட்ட படிக சிலிக்கான் சமன்பாட்டை மாற்றுகிறது

EPFL இன் பொறியியல் பள்ளியில் உள்ள பயோநானோஃபோட்டானிக் சிஸ்டம்ஸ் லேபரட்டரி (BIOS) இல் Hatice Altug தலைமையிலான ஒரு ஆராய்ச்சிக் குழு இப்போது அந்தத் தடையை நிவர்த்தி செய்துள்ளது. குழு படிக சிலிக்கானின் தொங்கவிடப்பட்ட சவ்வுகளில் மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை உருவாக்கியது, மேலும் சிலிக்கானுக்குள் நகரும் மின் கட்டணங்களைத் தூண்டுவதன் மூலம் அவற்றைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. இதன் விளைவு ஒளிக்கு அதன் பதிலை அதன் இயற்பியல் கட்டமைப்பில் எந்த மாற்றமும் இல்லாமல் நிகழ்நேரத்தில் மாற்றக்கூடிய ஒரு சாதனம்.

பொருள் மற்றும் கட்டமைப்பின் தேர்வு இந்த முன்னேற்றத்தின் மையத்தில் உள்ளது. "படிக சிலிக்கானைப் பயன்படுத்தி நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட அடுக்கை காற்றில் தொங்கவிட்டதன் மூலம், வழக்கமான நடு-அகச்சிவப்பு தளங்களை பொதுவாகக் கட்டுப்படுத்தும் ஒளி இழப்புகளை பெரிதும் குறைக்க முடிந்தது," என்று Altug கூறினார்.

நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட அடுக்கை ஒரு திடமான அடி மூலக்கூறில் விட்டுவிடாமல் தொங்கவிடுவது, ஒப்பிடக்கூடிய நடு-அகச்சிவப்பு வடிவமைப்புகளில் செயல்திறனை வடிக்கும் உறிஞ்சுதல் மற்றும் கசிவு பாதைகளைத் தவிர்க்கிறது. இந்த ஆய்வு Nature Communications இல் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

நானோ கட்டமைப்பைத் தொடாமல் கட்டுப்படுத்த இரண்டு வழிகள்

BIOS இன் மூத்த விஞ்ஞானி Ivan Sinev விளக்கியபடி, குழு மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை அவற்றின் நானோ கட்டமைப்பைத் தொடாமல் கட்டுப்படுத்த இரண்டு தனித்துவமான வழிகளை நிரூபித்தது. ஒரு அணுகுமுறை ஒருங்கிணைந்த மின்முனைகளை நுண்வெப்பமூட்டிகளாகப் பயன்படுத்தி, கட்டமைப்பு ஒளியியல் ரீதியாக எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை மாற்ற உள்ளூர் வெப்ப ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது. மற்றொன்று, குழு இந்த ஆய்வை விவரிப்பதில் வலியுறுத்தும் கட்டண அடிப்படையிலான கொள்கையை நம்பியுள்ளது: பொருளின் ஒளியியல் பதிலை மாற்ற சிலிக்கானுக்குள் மின் கடத்திகளை நகர்த்துவது.

அந்த வேறுபாடு முக்கியமானது, ஏனெனில் இது வெப்பம் மற்றும் கட்டணத்தை சாதனத்தின் வடிவியலில் இருந்து சுயாதீனமான நெம்புகோல்களாகப் பிரிக்கிறது. நானோ அளவிலான வடிவம் எந்த வழியிலும் அதன் வேலையைச் செய்வதைத் தொடர்வதால், ஒவ்வொரு முறை வேறுபட்ட ஒளியியல் நடத்தை தேவைப்படும்போதும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு புதிய கட்டமைப்பை மறுவடிவமைத்து மறுதயாரிப்பு செய்ய வேண்டியதில்லை.

மில்லி விநாடிகளில் இருந்து நொடியின் பில்லியனில் ஒரு பங்கு வரை

வேக ஆதாயம் முக்கிய முடிவுகளில் ஒன்றாகும். EPFL சாதனங்கள் நடு-அகச்சிவப்பு ஒளியை நொடியின் பில்லியனில் ஒரு பங்கில் அளவிடப்படும் கால அளவுகளில் கட்டுப்படுத்துகின்றன, இது முந்தைய கட்டுப்படுத்தக்கூடிய அணுகுமுறைகளின் வழக்கமான மில்லி விநாடி அளவிலான மாறுதலில் இருந்து ஒரு வியத்தகு மாற்றமாகும்.

ஒரு ஒளியியல் அமைப்புக்கு, அந்த வேறுபாடு ஒரு விளிம்புநிலை சுத்திகரிப்பு அல்ல. ஒரு ஒளியியல் கூறை மில்லி விநாடிகளில் மறுகட்டமைப்பது, விரைவான பண்பேற்றம் தேவைப்படும் எந்தவொரு பயன்பாட்டிலிருந்தும் அதை திறம்பட விலக்கிவிடும், அதாவது அதிவேக தரவு குறியாக்கம் அல்லது வேகமாக நகரும் மற்றும் நிலையற்ற மாதிரிகளின் அளவீடு போன்றவை.

நொடியின் பில்லியனில் ஒரு பங்கில் மாறுவது இரண்டு கதவுகளையும் திறக்கிறது. ஒரு உணரி முனைப்பகுதி, அது பகுப்பாய்வு செய்யும் சமிக்ஞையுடன் ஒத்துப்போகும் வேகத்தில் அளவீடுகளுக்கு இடையே மறுகட்டமைக்கப்படலாம். ஒரு கட்டற்ற வெளி ஒளியியல் இணைப்பு, மிக அதிக தரவு விகிதங்களை ஆதரிக்கும் அளவுக்கு வேகமாக நடு-அகச்சிவப்பு ஒளியைப் பண்பேற்றுவதன் மூலம் தகவலைப் பதிவு செய்ய முடியும்.

சாதனை ஒளியியல் செயல்திறன் மற்றும் வேஃபர் அளவிலான தயாரிப்பு

இந்தச் சாதனங்கள் ஆராய்ச்சியாளர்கள் விவரிக்கும் சாதனை ஒளியியல் செயல்திறனையும் பதிவு செய்கின்றன, ஒத்த பொருட்களிலிருந்து கட்டப்பட்ட முந்தைய நடு-அகச்சிவப்பு தளங்களுடன் ஒப்பிடும்போது முக்கிய அளவீடுகளில் ஒரு அளவு வரிசைக்கும் மேலான மேம்பாட்டை அடைகின்றன. கட்டுப்படுத்தக்கூடிய தன்மை மற்றும் கூர்மையாகக் குறைக்கப்பட்ட இழப்பு ஆகியவற்றின் கலவையே இந்தத் தளத்தை வெறுமனே சுவாரஸ்யமானதாக இல்லாமல் போட்டித்திறன் மிக்கதாக ஆக்குகிறது.

தயாரிப்பு அளவீடும் விரிவடைவதாகத் தெரிகிறது. குழு 1 cm² சில்லுகளைக் கொண்ட வேஃபர் அளவிலான சவ்வுகளை உற்பத்தி செய்தது, ஒவ்வொன்றும் 7×7 மெட்டாசர்ஃபேஸ் வரிசையைக் கொண்டுள்ளது. ஒரே சிப்பில் பல கட்டமைப்புகளை நிரப்புவது, ஒரு சாதனத்தின் வெவ்வேறு பகுதிகள் வெவ்வேறு ஒளியியல் பணிகளைக் கையாளும் அமைப்புகளை நோக்கிக் காட்டுகிறது, அல்லது வரிசைகள் இணையாகக் கட்டுப்படுத்தப்படும் அமைப்புகளை நோக்கிக் காட்டுகிறது.

அடுத்து என்ன வருகிறது

ஆராய்ச்சியாளர்கள் சுட்டிக்காட்டும் அண்மைக்கால பயன்பாடுகள் இரண்டு பாதைகளில் இயங்குகின்றன. உணர்தல் பக்கத்தில், சிறந்த நடு-அகச்சிவப்பு கட்டுப்பாடு மிகவும் உணர்திறன் மிக்க உணரிகள் மற்றும் மிகவும் திறமையான நிறமாலையியலாக மொழிபெயர்க்கப்படுகிறது, இது உயிரியல் மாதிரிகளை அடையாளம் காணவும், போதைப்பொருட்களைத் திரையிடவும், மாசுபடுத்திகளைக் கண்காணிக்கவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். தொடர்பு பக்கத்தில், இது காற்று வழியாக தரவை அனுப்பும் வேகமான கட்டற்ற வெளி ஒளியியல் இணைப்புகளை ஆதரிக்கிறது. இரண்டும் மிக மெல்லிய, குறைந்த இழப்பு மற்றும் கட்டளைப்படி மறுகட்டமைக்கக்கூடிய ஒரு கூறின் பயனைப் பெறும்.

பெரிய முக்கியத்துவம் கட்டமைப்பு சார்ந்ததாக இருக்கலாம். பல ஆண்டுகளாக மெட்டாசர்ஃபேஸ்களின் நிலையான தன்மை அவற்றை பெரும்பாலும் நிலையான ஒளியியல் செயல்பாடுகளுக்கு மட்டுப்படுத்தியது, அதே நேரத்தில் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய மாற்றுகள் செயல்திறனைத் தியாகம் செய்யும் பொருட்கள் மற்றும் வழிமுறைகளைச் சார்ந்திருந்தன. தொங்கவிடப்பட்ட படிக சிலிக்கானை கட்டண அடிப்படையிலான கட்டுப்பாட்டுடன் இணைப்பதன் மூலம், EPFL குழு மறுகட்டமைப்புத்திறன் ஒளியியல் தரத்தின் விலையில் வர வேண்டியதில்லை என்பதைக் காட்டியுள்ளது. வேஃபர் அளவிலான செயல்விளக்கம் குறிப்பிடுவது போல் இந்த அணுகுமுறை விரிவடைந்தால், கட்டுப்படுத்தக்கூடிய நடு-அகச்சிவப்பு மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் ஆய்வக ஆர்வத்திலிருந்து உணர்தல் மற்றும் தொடர்பு இரண்டிற்கும் வடிவமைக்கப்பட்ட ஒளியியல் அமைப்புகளில் ஒரு நிலையான கட்டுமானத் தொகுதியாக மாறலாம்.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.