लघु उपकरण कमरे के तापमान पर शक्तिशाली लेजर आउटपुट करता है, बिजली की खपत को 7 गुना कम करता है

हाल ही में, अमेरिका के रेनसेलर पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट (रेनसेलर पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट) के शोधकर्ताओं ने मानव बाल से भी पतले एक माइक्रो-डिवाइस का आविष्कार किया है, जो वैज्ञानिकों को प्रकाश और पदार्थ की प्रकृति का पता लगाने और क्वांटम क्षेत्र के रहस्यों को जानने में मदद कर सकता है। इस तकनीक का सबसे महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह कमरे के तापमान पर काम कर सकती है और इसके लिए जटिल बुनियादी ढांचे की आवश्यकता नहीं होती है।
शोधकर्ताओं ने कहा, "सामग्री का चयन सर्वोपरि है, और हम इस अनुप्रयोग के लिए एक्सिटोनिक सामग्री CsPbCl3 को चुनने वाले पहले व्यक्ति हैं।" CsPbCl3 एक चाल्कोजेनाइड सामग्री है जिसका उपयोग शोधकर्ताओं ने फोटोनिक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर (PTIs) बनाने के लिए किया।
जबकि शास्त्रीय भौतिकी ने हमें दुनिया को समझने में मदद की है, तकनीकी प्रगति में क्वांटम यांत्रिकी का बहुत बड़ा योगदान है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) से लेकर लेजर, ट्रांजिस्टर और यहां तक ​​कि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप तक, क्वांटम यांत्रिकी की समझ ने आधुनिक तकनीक में बहुत तरक्की की है।
हालाँकि, क्वांटम क्षेत्र में अभी भी कई अज्ञात चीजें हैं, जिनका पता लगाया जाना बाकी है। दुनिया भर के शोधकर्ता अपनी समझ को बढ़ाने के लिए परमाणु कणों के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए अत्याधुनिक उपकरणों का उपयोग कर रहे हैं। आरपीआई के मैटेरियल साइंस एंड इंजीनियरिंग विभाग में सहायक प्रोफेसर वेई बाओ और उनकी टीम ने एक अनूठा रास्ता अपनाया है।
फोटोनिक टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर क्या है?
पीटीआई एक ऐसा पदार्थ है जो प्रकाश के फोटॉनों को पदार्थ के भीतर विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इंटरफेस पर निर्देशित करता है, साथ ही प्रकाश को इसके माध्यम से बिखरने से भी रोकता है। यह गुण पदार्थ के भीतर कई फोटॉनों को सुसंगत रहने और एकल फोटॉन का व्यवहार प्रदर्शित करने की अनुमति देता है।
पदार्थ के इस गुण का उपयोग करते हुए, आरपीआई शोधकर्ताओं ने इंसुलेटर को एक नकली पदार्थ में बदल दिया, जिससे फोटॉनों के क्वांटम गुणों के अध्ययन के लिए एक लघु प्रयोगशाला का निर्माण हुआ।
डिवाइस के निर्माण के दौरान, शोधकर्ताओं ने माइक्रोचिप निर्माण में इस्तेमाल की जाने वाली तकनीकों के समान तकनीकों का इस्तेमाल किया। उन्होंने अलग-अलग सामग्रियों को परत दर परत रखा, प्रत्येक अणु को विशिष्ट गुणों वाली संरचना बनाने के लिए सावधानीपूर्वक व्यवस्थित किया।
सबसे पहले, टीम ने चाल्कोजेनाइड की अल्ट्रा-पतली प्लेट बनाने के लिए सीज़ियम, लेड और क्लोरीन का इस्तेमाल किया। इसके बाद, उन्होंने एक पॉलिमर में विशिष्ट पैटर्न उकेरे। फिर क्रिस्टल प्लेट और पॉलिमर को अलग-अलग ऑक्साइड सामग्रियों की पतली चादरों के बीच सैंडविच किया गया, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा उपकरण बना जो लगभग 2 माइक्रोन मोटा, 100 माइक्रोन लंबा और औसत मानव बाल के व्यास से भी कम है।
यह उपकरण कैसे काम करता है?
जब टीम ने डिवाइस पर लेज़र का इस्तेमाल किया, तो मटेरियल इंटरफ़ेस पर चमकते त्रिकोणों का एक पैटर्न दिखाई दिया। यह पैटर्न लेज़र के टोपोलॉजिकल गुणों से उत्पन्न होता है और डिवाइस के डिज़ाइन द्वारा निर्धारित होता है।
इस उपकरण का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी कमरे के तापमान पर संचालित होने की क्षमता है। CsPbCl3 में ~64 meV तक की स्थिर एक्साइटन बंधन ऊर्जा होती है, जो कमरे के तापमान पर 25.8 meV के ऊष्मीय उतार-चढ़ाव से कहीं अधिक है।
टीम ने एक बयान में कहा, "अतीत में, शोधकर्ता केवल निर्वात में पदार्थ को अतिशीतित कर सकते थे, जिसके लिए भारी और महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है।" लेकिन कई प्रयोगशालाएँ इसके लिए सुसज्जित नहीं हैं। इसलिए, हमारा उपकरण अधिक शोधकर्ताओं को प्रयोगशाला में बुनियादी भौतिकी अनुसंधान करने की अनुमति देगा।"
इसके अलावा, यह उपकरण ऐसे लेज़र विकसित करने में मदद करेगा, जिन्हें काम करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हमारे कमरे के तापमान पर दृढ़ता से युग्मित टोपोलॉजिकल रूप से ध्रुवीकृत लेज़र (15.2 μJ cm-2) की सीमा कम तापमान वाले III-V InGaAs कमज़ोर रूप से युग्मित सिस्टम (~106 μJ cm-2) की सीमा से बहुत कम है, जो कि लगभग सात गुना कम है।