Electrically-driven chiral emission from plasmonic tunnel junctions
टनल जंक्शनों को काइरल प्लास्मोनिक नैनोहेलिकॉइड्स के साथ एकीकृत करके, शोधकर्ताओं ने उच्च स्पिन हस्तता चयनशीलता (spin handedness selectivity) के साथ काइरल वोर्टेक्स प्रकाश बीम के विद्युत रूप से संचालित, एकल-कण उत्पादन को प्राप्त किया है, जो अगली पीढ़ी की ऑप्टिकल और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए एक आशाजनक नैनोस्केल स्रोत प्रदान करता है।
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कल्पना कीजिए कि आपके पास सोने के एक सूक्ष्म कण के भीतर एक नन्हा, अदृश्य कारखाना है। यह कारखाना खिलौने या कारें नहीं बनाता; यह प्रकाश बनाता है। लेकिन सिर्फ कोई भी प्रकाश नहीं—यह ऐसा प्रकाश बनाता है जो मुड़ता (twist करता) है।
भौतिक विज्ञान की दुनिया में, इस "मुड़ने" को कायरैलिटी (chirality) कहा जाता है। अपने हाथों के बारे में सोचें: आपका बायां हाथ आपके दाएं हाथ का दर्पण प्रतिबिंब है, लेकिन आप उन्हें पूरी तरह से एक के ऊपर एक नहीं रख सकते। वे "कायरल" हैं। प्रकाश भी कायरल हो सकता है। यह एक दाएं हाथ के पेंच (screw) या बाएं हाथ के पेंच की तरह घूम सकता है। यह शोध पत्र बताता है कि कैसे वैज्ञानिकों ने एक छोटी सी मशीन बनाई जो बिजली का उपयोग करके इस घूमते हुए प्रकाश को बनाती है, जिसमें बड़े, जटिल लेंसों या चुंबकों की आवश्यकता नहीं होती।
यहाँ बताया गया है कि उन्होंने इसे कैसे किया, जिसे सरल भागों में विभाजित किया गया है:
1. समस्या: प्रकाश को घुमाना कठिन है
आमतौर पर, प्रकाश को घुमाने (जैसे कॉर्कस्क्रू) के लिए आपको विशेष क्रिस्टल या मजबूत चुंबकों की आवश्यकता होती है। ये बड़े, भारी होते हैं और आपके फोन या वीआर (VR) हेडसेट जैसे छोटे गैजेट्स में फिट करना कठिन होता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक छोटे, बिजली से चलने वाले "प्रकाश घुमाने वाले यंत्र" को बनाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन यह एक चाय के कप में बवंडर बनाने की कोशिश करने जैसा रहा है।
2. समाधान: "गोल्डन हेलिकोइड" (स्वर्ण सर्पिल)
किंग्स कॉलेज लंदन की टीम ने एक चतुर डिज़ाइन तैयार किया। एक नन्हे, सुनहरे पेंच या एक सर्पिल सीढ़ी (वे इसे "नैनोहेलिकॉइड" कहते हैं) की कल्पना करें।
- सेटअप: उन्होंने इस नन्हे सुनहरे पेंच को सोने की एक सपाट शीट के ऊपर रखा।
- अंतराल (Gap): पेंच और शीट के बीच, उन्होंने एक सूक्ष्म अंतराल छोड़ा (जो एक वायरस से भी पतला है) जिसे एक विशेष इन्सुलेटिंग सामग्री से भरा गया है।
- शक्ति: जब वे इस अंतराल के माध्यम से बिजली प्रवाहित करते हैं, तो इलेक्ट्रॉन केवल चल नहीं सकते; उन्हें इस अंतराल के माध्यम से "टनलिंग" (कूदना) करना पड़ता है, जैसे कोई भूत दीवार के पार निकल जाता है।
3. जादुई ट्रिक: कूदने से मुड़ने तक
जब इलेक्ट्रॉन इस अंतराल के पार कूदते हैं, तो वे गायब नहीं होते। वे सुनहरे पेंच से टकराते हैं और उसे कंपन (vibrate) कराते हैं।
- उपमा: कल्पना करें कि सुनहरा पेंच एक गिटार के तार की तरह है। जब इलेक्ट्रॉन उससे टकराता है, तो वह तार को झंकृत करता है।
- परिणाम: क्योंकि पेंच का आकार एक सर्पिल (spiral) जैसा है, इसलिए यह केवल ऊपर-नीचे नहीं कंपन करता; यह एक मुड़ने वाली गति (twisting motion) में कंपन करता है। यह कंपन प्रकाश की एक ऐसी किरण बनाता है जो उस मोड़ को अपने भीतर समाहित कर लेती है।
4. "स्पिन" और "ऑर्बिट"
इस नन्ही मशीन से निकलने वाले प्रकाश में दो प्रकार के "स्पिन" होते हैं:
- स्पिन एंगुलर मोमेंटम (SAM): यह प्रकाश का अपना "हाथों वाला गुण" (handedness) है। यह एक लट्टू की तरह घूम रहा है। टीम ने पाया कि 80% से अधिक प्रकाश एक ही दिशा में घूमता है (या तो पूरी तरह से बाएँ या पूरी तरह से दाएँ)। यह एक बहुत ही स्पष्ट और मजबूत संकेत है!
- ऑर्बिटल एंगुलर मोमेंटम (OAM): यह प्रकाश का "कक्षा" (orbit) है। कल्पना करें कि प्रकाश की किरण केवल एक सीधी लेजर लाइट नहीं है; यह प्रकाश का एक भंवर (vortex) या बवंडर है। प्रकाश की तरंगें यात्रा करते समय केंद्र के चारों ओर घूमती हैं।
खास बात: भौतिक विज्ञान के नियम कहते हैं कि यदि प्रकाश एक दिशा में घूमता है (SAM), तो हिसाब बराबर करने के लिए उसे दूसरी दिशा में कक्षा (orbit) बनानी चाहिए (OAM)। यह नन्ही मशीन स्वाभाविक रूप से बिल्कुल वैसा ही करती है, जिससे एक आदर्श "घूमता हुआ बवंडर" बनता है।
5. यह क्यों महत्वपूर्ण है?
आप पूछ सकते हैं, "हमें नन्हे प्रकाश के बवंडर की क्या आवश्यकता है?"
- अति-लघु स्क्रीन (Super-Compact Screens): भविष्य के ऑगमेंटेड रियलिटी (AR) चश्मे या वीआर (VR) हेडसेट की कल्पना करें जो कॉन्टैक्ट लेंस जितने पतले हों। यह तकनीक भारी, बड़े लेंसों की आवश्यकता के बिना 3D प्रभाव और उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां उत्पन्न कर सकती है।
- क्वांटम कंप्यूटर: क्वांटम कंप्यूटिंग की दुनिया में, जानकारी अक्सर प्रकाश के "मोड़" (twist) में संग्रहीत की जाती है। यह उपकरण उस जानकारी को चालू या बंद करने के लिए एक छोटा स्विच हो सकता है।
- रसायन विज्ञान: कुछ अणु "बाएं हाथ के" होते हैं और कुछ "दाएं हाथ के" (जैसे आपके हाथ)। इस मुड़े हुए प्रकाश का उपयोग विशिष्ट अणुओं को चुनने के लिए किया जा सकता है, जो एक ऐसी चाबी की तरह काम करता है जो केवल एक विशिष्ट ताले में फिट बैठती है।
निष्कर्ष
वैज्ञानिकों ने सफलतापूर्वक एक सूक्ष्म कारखाना बनाया जो बिजली को घूमते हुए, मुड़ते हुए प्रकाश की किरण में बदल देता है। उन्होंने यह एक नन्हे सुनहरे पेंच और इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम "कूद" का उपयोग करके किया। यह एक बड़ी उपलब्धि है क्योंकि यह साबित करता है कि हम सबसे छोटे पैमाने पर प्रकाश के आकार और स्पिन को नियंत्रित कर सकते हैं, जो भविष्य की अधिक स्मार्ट, छोटी और शक्तिशाली तकनीकों के द्वार खोलता है।
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