शोधकर्ता परमाणु पैमाने पर सतह दोषों द्वारा निर्मित सुरंग जंक्शनों के दिशात्मक 'पिकोएंटेना-जैसे' व्यवहार का विश्लेषण करते हैं

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शोधकर्ता परमाणु पैमाने पर सतह दोषों द्वारा गठित सुरंग जंक्शनों के दिशात्मक शिखर-एंटीना-जैसे व्यवहार का विश्लेषण करते हैं

जब टिप को परमाणु कदम पर रखा जाता है तो टनलिंग माइक्रोस्कोप से एकत्रित प्रकाश की प्रोफ़ाइल बदल जाती है। इस घटना का उपयोग पिकोएंटेनस, नैनोस्केल तत्वों के निर्माण के लिए किया जा सकता है जो प्रकाश को निर्देशित करते हैं।

मैड्रिड के शोधकर्ता एक ऐसी घटना की व्याख्या करते हैं जो परमाणु पैमाने पर प्रकाश उत्सर्जन की दिशा को नियंत्रित करना संभव बनाती है। कार्य इस बात की विस्तृत व्याख्या प्रस्तुत करता है कि टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम, अंग्रेजी में इसके संक्षिप्त नाम के लिए) के साथ प्रयोगों में उत्सर्जित प्रकाश की दिशात्मक प्रोफ़ाइल को एक एकल परमाणु कैसे बदल सकता है। स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप).

IMDEA नैनोसाइंस की 'फोटॉन एसटीएम' प्रयोगशाला इस संस्थान के चार टनलिंग माइक्रोस्कोपों ​​में से एक है, जो मैड्रिड के स्वायत्त विश्वविद्यालय के परिसर में स्थित है। इस उपकरण की ख़ासियत यह है कि यह विभिन्न नमूनों के ऑप्टिकल गुणों को माप सकता है, क्योंकि इसमें एक विस्तार है जो इसे प्रयोगों में उत्सर्जित प्रकाश को इकट्ठा करने की अनुमति देता है।

इसकी तरंग दैर्ध्य के नीचे नैनोमीटर पैमाने पर प्रकाश का हेरफेर दिलचस्प है क्योंकि दूर के क्षेत्र में एकत्रित प्रकाश के गुण निकट क्षेत्र में क्या होता है उससे निर्धारित होते हैं। यह हेरफेर एसटीएम माइक्रोस्कोप में पूरा किया जा सकता है क्योंकि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र दो धातु नैनोस्ट्रक्चर, माइक्रोस्कोप टिप और नमूने के बीच बेहद सीमित है, जो 1 नैनोमीटर की विशिष्ट दूरी से अलग होते हैं। इस विन्यास को नैनोकैविटी कहा जाता है। यदि कोई तत्व, जैसे कि परमाणु दोष, इस नैनोकैविटी में पेश किया जाता है, तो सिस्टम को पिकोकैविटी कहा जाता है और अद्वितीय गुण प्रदर्शित करता है। यह देखा गया है कि नैनोगुहाओं में परमाणु चरणों को शुरू करके, प्रयोगों में प्रकाश उत्सर्जन की दिशा को संशोधित करना संभव है। यह घटना, जिसे शोधकर्ताओं ने पहले देखा था, अब तक कोई वैज्ञानिक व्याख्या नहीं थी।

अल्बर्टो मार्टिन जिमेनेज और रॉबर्टो ओटेरो के नेतृत्व में आईएमडीईए नैनोसाइंस के 'फोटॉन एसटीएम' अनुसंधान समूह ने सोने की एसटीएम टिप और परमाणु चरण के साथ चांदी के परमाणुओं की चिकनी सतह से बने पिकोएंटेना के साथ एक प्रयोग में विकिरणित प्रकाश का मापन किया है। . एसटीएम माइक्रोस्कोप के साथ एक विशिष्ट माप के दौरान, टिप नमूने के पार जाती है, सिग्नल एकत्र करते समय सतह को आगे और पीछे घुमाती है। शोधकर्ताओं ने देखा कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश, जो एक मोनोआटोमिक चरण पर उचित ऊर्जा के साथ टनल करता है, जब इलेक्ट्रॉन को सतह के परमाणु रूप से सपाट हिस्से में इंजेक्ट किया जाता है, तो एकत्रित प्रकाश से अधिक या कम हो सकता है।

कई चरणों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के व्यापक लक्षण वर्णन के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पाया कि प्रति इलेक्ट्रॉन प्रकाश की तीव्रता को नियंत्रित करने वाला पैरामीटर चरण और प्रकाश संग्रह दिशाओं के बीच सापेक्ष अभिविन्यास है, इस प्रकार यह दर्शाता है कि प्रकाश उत्सर्जन अंतरिक्ष में सभी दिशाओं में समान रूप से वितरित नहीं है, लेकिन उनमें से कुछ को कार्डियोइड जैसी दिशात्मक प्रोफ़ाइल वाले दूसरों की तुलना में अधिक पसंद किया जाता है।

IFIMAC-UAM के शोधकर्ता एंटोनियो फर्नांडीज के सहयोग से, लेखकों ने उस तंत्र को स्पष्ट किया जिसके द्वारा प्रकाश उत्सर्जन को संशोधित किया जाता है। उनके काम में, हाल ही में प्रकाशित विज्ञान उन्नतिवे समझाते हैं कि टिप और एसटीएम नमूने के बीच जितनी छोटी गुहाओं में, परमाणु आकार में एक दोष विद्युत क्षेत्र के एक महत्वपूर्ण पुनर्वितरण का कारण बनने के लिए पर्याप्त है, जो चरण के दोनों तरफ बहुत भिन्न हो जाता है, इस प्रकार यह समझाता है कि प्रकाश उत्सर्जन का कोणीय प्रोफ़ाइल चरण के उन्मुखीकरण पर निर्भर करता है। इस घटना का उपयोग पिकोएंटेना, एक नैनोस्केल तत्व, जिसके साथ उत्सर्जित प्रकाश की दिशा को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, बनाने के लिए किया जा सकता है।

संक्षेप में, निकट क्षेत्र में उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र – प्रकाश – को निर्धारित करने के लिए न केवल माइक्रोस्कोप की टिप-नमूना संरचना को ध्यान में रखना आवश्यक है, बल्कि परमाणु पैमाने पर स्कैन किए जा रहे नमूने के विन्यास और दोषों को भी ध्यान में रखना आवश्यक है। , चूँकि एक एकल परमाणु दोष उस दिशा को संशोधित कर सकता है जिसमें यह विकिरण उत्सर्जित होता है।

लेखक इस पद्धति में अंततः अणुओं, क्वांटम डॉट्स या अन्य क्वांटम उत्सर्जकों से प्रकाश उत्सर्जन की दिशा को समायोजित करने की क्षमता देखते हैं। परमाणु वस्तुओं के ऑप्टिकल गुणों की जांच करना न केवल हमारे ज्ञान को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि उन प्रणालियों को डिजाइन करने में सक्षम होने के लिए भी महत्वपूर्ण है जिनके अनुप्रयोग हैं, उदाहरण के लिए, क्वांटम कंप्यूटिंग में।

यह कार्य मैड्रिड इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड स्टडीज (आईएमडीईए नैनोसिएंसिया) और सेंट्रो डी फिजिक्स ऑफ कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स (आईएफआईएमएसी-यूएएम) में किया गया है, और इसे आईएमडीईए नैनोसिएंसिया (सीईएक्स2020-) के सेवेरो ओचोआ उत्कृष्टता मान्यता के साथ सह-वित्त पोषित किया गया है। 001039-एस), IFIMAC (CEX202020-000805-M), MSCA-PF STED अनुदान (101108851) और कोमुनिदाद डी मैड्रिड की MAD2D क्षेत्रीय परियोजना के लिए मारिया डे माएज़्टू उत्कृष्टता मान्यता।

शब्दावली:

नैनोकैविटी: इस लेख के मामले में, एसटीएम माइक्रोस्कोप की नोक और नमूने के बीच, जो लगभग 1 नैनोमीटर अलग हैं, गैप बन गया है।

पिकोएंटेना: नैनोगुहा के भीतर एक परमाणु दोष (जैसे परमाणुओं का एक कदम) द्वारा गठित प्रणाली को नामित करने के लिए लेखकों द्वारा अपनाया गया शब्द।

टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम): सुरंग प्रभाव की अवधारणा के आधार पर, परमाणु स्तर पर सतहों की इमेजिंग के लिए एक उपकरण। टिप को सतह के करीब रखा गया है, और इलेक्ट्रॉन क्वांटम टनल प्रभाव के कारण टिप से नमूने तक “कूद” सकते हैं, जिससे एक करंट बनता है जिसे मापा जा सकता है, यह उस दूरी पर निर्भर करता है जिस पर टिप रखी गई है। यदि टिप सतह को साफ़ करती है, तो एक राहत मानचित्र या छवि बनाई जाती है।

ग्रंथ सूची संदर्भ

डेविड माटेओस एट अल। परमाणु-पैमाने की सतह दोष द्वारा गठित सुरंग जंक्शनों का दिशात्मक पिकोएंटेना व्यवहार। विज्ञान. Adv.10, eadn2295(2024)। डीओआई: 10.1126/sciadv.adn2295।