वारसॉ (पोलैंड), 26 अप्रैल (एएनआई): वैज्ञानिकों ने लिक्विड क्रिस्टल पर आधारित आश्चर्यजनक रूप से सरल सेटअप का उपयोग करके छोटे “ऑप्टिकल बवंडर” बनाए हैं – प्रकाश की घूमती किरणें जो लघु बवंडर की तरह घूमती हैं। जटिल नैनोटेक्नोलॉजी पर भरोसा करने के बजाय, टीम ने प्रकाश को फंसाने और हेरफेर करने के लिए टॉरॉन नामक स्व-संगठित संरचनाओं का उपयोग किया, जिससे यह सर्पिल हो गया और जटिल तरीकों से घूम गया।
इससे भी अधिक प्रभावशाली ढंग से, उन्होंने इस प्रभाव को प्रकाश की सबसे स्थिर, सबसे कम-ऊर्जा अवस्था में हासिल किया, जिससे इन असामान्य गुणों के साथ लेजर जैसी किरणें उत्पन्न करना बहुत आसान हो गया।
क्या प्रकाश बवंडर की तरह घूम सकता है? शोधकर्ताओं ने अब दिखाया है कि यह हो सकता है। वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय, सैन्य प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और यूनिवर्सिटी क्लेरमोंट औवेर्गने के इंस्टीट्यूट पास्कल सीएनआरएस के वैज्ञानिकों ने एक बेहद छोटी संरचना के अंदर घूमता हुआ “ऑप्टिकल बवंडर” बनाया है।
अग्रिम जटिल आकृतियों के साथ लघु प्रकाश स्रोतों के निर्माण के एक नए तरीके की ओर इशारा करता है, जो ऑप्टिकल संचार और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए सरल और अधिक स्केलेबल फोटोनिक उपकरणों का समर्थन कर सकता है।
अनुसंधान समूह के नेता, वारसॉ विश्वविद्यालय में भौतिकी संकाय के प्रोफ़ेसर जसेक स्ज़्ज़ित्को बताते हैं, “हमारा समाधान क्वांटम यांत्रिकी से लेकर सामग्री इंजीनियरिंग के माध्यम से प्रकाशिकी और ठोस-अवस्था भौतिकी तक भौतिकी के कई क्षेत्रों को जोड़ता है।”
“प्रेरणा परमाणु भौतिकी से ज्ञात प्रणालियों से मिली, जहां इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं पर कब्जा कर सकते हैं। फोटोनिक्स में, ऑप्टिकल ट्रैप द्वारा एक समान भूमिका निभाई जाती है, जो इलेक्ट्रॉनों के बजाय प्रकाश को सीमित करते हैं,” स्ज़्ज़ित्को ने कहा।
एक ऑप्टिकल भंवर क्या है?
“आप इसे एक ऑप्टिकल भंवर के रूप में सोच सकते हैं,” अध्ययन के पहले लेखक, वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय और न्यूयॉर्क के सिटी कॉलेज के भौतिकी विभाग के डॉ. मार्सिन मुस्ज़िंस्की कहते हैं।
मार्सिन ने कहा, “प्रकाश तरंग अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है, और इसका चरण सर्पिल तरीके से बदलता है। इसके अलावा, ध्रुवीकरण – विद्युत क्षेत्र के दोलन की दिशा – भी घूमना शुरू कर देता है।”
ये संरचित प्रकाश अवस्थाएँ क्वांटम संचार और सूक्ष्म वस्तुओं को नियंत्रित करने जैसे अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक हैं। हालाँकि, उनके उत्पादन के लिए आमतौर पर जटिल नैनोस्ट्रक्चर या बड़े प्रायोगिक सिस्टम की आवश्यकता होती है।
लिक्विड क्रिस्टल एक सरल मार्ग प्रदान करते हैं
टीम ने एक अलग रणनीति चुनी. “जटिल प्रणालियों के निर्माण के बजाय, हमने एक लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग किया, एक ऐसी सामग्री जिसमें तरल और ठोस के बीच मध्यवर्ती गुण होते हैं। हालांकि यह तरल की तरह बह सकता है, इसके अणु खुद को एक क्रमबद्ध तरीके से व्यवस्थित करते हैं, एक निश्चित अभिविन्यास और सापेक्ष स्थिति बनाए रखते हैं, एक क्रिस्टल की तरह,” वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय में एक नैनोटेक्नोलॉजी छात्र जोआना मेड्रज़ीका बताती हैं, जिन्होंने सैन्य प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के डॉ. ईवा ओटन के साथ मिलकर लिक्विड क्रिस्टल के नमूने तैयार किए।
इस सामग्री के भीतर टोरोन नामक विशेष दोष बन सकते हैं। मेड्रज़ीका बताते हैं, “उन्हें डीएनए के समान कसकर मुड़े हुए सर्पिल के रूप में कल्पना की जा सकती है, जिसके साथ लिक्विड क्रिस्टल अणु व्यवस्थित होते हैं। यदि इस तरह के सर्पिल को डोनट जैसी अंगूठी में इसके सिरों को जोड़कर बंद कर दिया जाता है, तो हमें एक टोरोन प्राप्त होता है।” “ये संरचनाएं प्रकाश के लिए सूक्ष्म जाल के रूप में कार्य करती हैं। एक महत्वपूर्ण कदम फोटॉनों के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र के बराबर बनाना था। हालांकि प्रकाश इलेक्ट्रॉनों की तरह चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया नहीं करता है, अन्य तरीकों से प्रकाश के लिए एक समान व्यवहार प्राप्त किया जा सकता है।”
प्रकाश के लिए एक “सिंथेटिक चुंबकीय क्षेत्र”।
वारसॉ विश्वविद्यालय में भौतिकी संकाय के डॉ. पियोट्र कपुस्किंस्की बताते हैं, “स्थानिक रूप से परिवर्तनशील द्विअपवर्तन, यानी प्रकाश के विभिन्न ध्रुवीकरणों के प्रसार में अंतर, एक सिंथेटिक चुंबकीय क्षेत्र की तरह कार्य करता है।” “हम इसे ‘सिंथेटिक’ कहते हैं क्योंकि इसका गणितीय विवरण चुंबकीय क्षेत्र के व्यवहार से मिलता-जुलता है, भले ही भौतिक रूप से यह वहां नहीं है। परिणामस्वरूप, प्रकाश ‘झुकना’ शुरू कर देता है, ठीक उसी तरह जैसे साइक्लोट्रॉन कक्षाओं में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन।”
प्रभाव को मजबूत करने के लिए, टोरॉन को एक ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी के अंदर रखा गया था, दर्पण से बनी एक संरचना जो बार-बार प्रकाश को प्रतिबिंबित करती है और इसे लंबे समय तक सीमित रखती है। डॉ. मुज़िंस्की कहते हैं, “यह क्षेत्र को बहुत मजबूत बनाता है।” “इसके अतिरिक्त, हम बाहरी विद्युत वोल्टेज का उपयोग करके जाल के आकार और इस प्रकार प्रकाश के गुणों को नियंत्रित कर सकते हैं।”
जमीनी अवस्था में स्थिर प्रकाश भंवर
सबसे आश्चर्यजनक परिणाम इसके बाद आया।
“विशिष्ट प्रणालियों में, प्रकाश ले जाने वाली कक्षीय कोणीय गति उत्तेजित अवस्था में दिखाई देती है,” यूनिवर्सिटी क्लेरमोंट औवेर्गने और सीएनआरएस के प्रो. गिलाउम मालपुएच बताते हैं, जिन्होंने प्रो. दिमित्री सोल्निशकोव और पोस्ट-डॉक्टर डेनियल बोबिलेव के साथ मिलकर घटना का सैद्धांतिक मॉडल विकसित किया। “पहली बार, हम इस प्रभाव को जमीनी अवस्था में, यानी सबसे कम ऊर्जा वाली अवस्था में प्राप्त करने में कामयाब रहे। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि जमीनी अवस्था सबसे स्थिर है और ऊर्जा संचय के लिए सबसे आसान है।”
“इससे लेज़िंग हासिल करना बहुत आसान हो जाता है,” प्रोफेसर स्ज़्ज़ित्को जोर देकर कहते हैं। “प्रकाश स्वाभाविक रूप से इस स्थिति को ‘चुनता’ है क्योंकि यह सबसे कम नुकसान से जुड़ा है।”
इसकी पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सिस्टम में एक लेजर डाई पेश की। डॉ. मार्सिन मुज़िंस्की कहते हैं, “हमने ऐसा प्रकाश प्राप्त किया जो न केवल घूमता है बल्कि लेजर प्रकाश की तरह व्यवहार भी करता है: यह सुसंगत है और इसमें एक अच्छी तरह से परिभाषित ऊर्जा और उत्सर्जन दिशा है।”
सरल फोटोनिक और क्वांटम प्रौद्योगिकियों की ओर
प्रोफेसर दिमित्री सोल्निशकोव कहते हैं, “यह दिलचस्प है कि हमारा दृष्टिकोण तथाकथित वेक्टर चार्ज से जुड़े बहुत उन्नत सिद्धांतों से प्रेरणा लेता है।”
“यह खोज जटिल संरचनाओं के साथ लघु प्रकाश स्रोत बनाने के लिए एक नया मार्ग खोलती है। “यह दर्शाता है कि जटिल नैनो तकनीक पर भरोसा करने के बजाय, हम स्व-संगठित सामग्रियों का उपयोग कर सकते हैं,” सैन्य प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के प्रोफेसर विक्टर पीसेक ने निष्कर्ष निकाला। “भविष्य में, यह सरल और अधिक स्केलेबल फोटोनिक उपकरणों को सक्षम कर सकता है, उदाहरण के लिए ऑप्टिकल संचार या क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए।” (एएनआई)
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