“वास्तविकता के पिक्सेल” पर ज़ूम करना: इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप हमें ऐसा करने में मदद करता है। हालाँकि, यह विशेष रूप से संवेदनशील लक्ष्यों के लिए अनुपयुक्त है। वियना स्थित एक शोध समूह का इरादा क्वांटम ऑप्टिक्स ट्रिक के साथ इस समस्या से बचने का है और इस तरह उच्च-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी में नए मानक स्थापित करना है।
लगभग 100 साल पहले, मानवता ने इलेक्ट्रॉनों की मदद से देखना सीखा। 1924 में, लुई डी ब्रोगली ने कहा कि – प्रकाश कणों की तरह – इलेक्ट्रॉनों में तरंग गुण होते हैं। 1927 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी डेविसन और जर्मर ने इसका प्रायोगिक प्रमाण प्रदान किया। कुछ साल बाद, इंजीनियर अर्न्स्ट रुस्का और मैक्स नॉल ने पहला इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बनाया, जो किसी भी प्रकाश माइक्रोस्कोप से अधिक शक्तिशाली था। यह देखते हुए कि इलेक्ट्रॉन तरंगें फोटॉन की तुलना में बहुत छोटी वस्तुओं द्वारा विचलित होती हैं, प्रकाश की ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन सीमा को पार कर लिया गया, जिससे माइक्रोस्कोपी के एक नए युग की शुरुआत हुई।
दो दुनियाओं का संयोजन: क्वांटम इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी
टीयू वीन के एसोसिएट प्रोफेसर फिलिप हस्लिंगर उत्साहपूर्वक कहते हैं, “इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी एक पागलपन भरी, शानदार तकनीक है।” “सिद्धांत रूप में, हम इसका उपयोग किसी वायरस या उसके डीएनए के स्पाइक प्रोटीन को देखने के लिए कर सकते हैं – परमाणुओं के स्तर पर, वास्तविकता के पिक्सेल।” हस्लिंगर, एक क्वांटम ऑप्टिक्स विशेषज्ञ, जानबूझकर “कर सकते हैं” कहते हैं, क्योंकि इसमें एक समस्या है: इलेक्ट्रॉनों में आमतौर पर ऊर्जा इतनी अधिक होती है कि वे संवेदनशील नमूनों को नष्ट कर देते हैं। इस कारण से, जैविक प्रक्रियाओं को इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी से “लाइव” नहीं देखा जा सकता है।
हस्लिंगर के अनुसार, एक संभावित समाधान है: “कम इलेक्ट्रॉनों से अधिक जानकारी प्राप्त करना।” इस लक्ष्य की खोज में, उनकी ग्यारह सदस्यीय टीम “क्वांटम इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी” का उपयोग करती है, जो क्लासिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को फोटॉन-आधारित क्वांटम ऑप्टिक्स की नई दुनिया के साथ जोड़ती है।
डरावनी इमेजिंग
उनके संभावित विचारों में से एक “क्वांटम घोस्ट इमेजिंग” या ज़ू-वांग-मंडेल के विचारोत्तेजक नाम से जाने वाली विधि पर आधारित है। इस विधि में, एक उलझा हुआ इलेक्ट्रॉन-फोटॉन युग्म वस्तु की छवि उत्पन्न करता है। यह इस प्रकार काम करता है: सबसे पहले, एक इलेक्ट्रॉन एक पारभासी माध्यम से दौड़ता है और वहां प्रकाश को “ओवरटेक” करता है, “कुछ हद तक सुपरसोनिक जा रहे हवाई जहाज की तरह,” हस्लिंगर बताते हैं। इससे एक फोटॉन बनता है जिसे इलेक्ट्रॉन से उलझा हुआ माना जाता है। जबकि इलेक्ट्रॉन नमूने की ओर बढ़ता है, फोटॉन कैमरा डिटेक्टर में प्रवेश करता है। चूँकि दोनों उलझे हुए हैं, इसलिए फोटॉन का उपयोग यह मापने के लिए किया जा सकता है कि इलेक्ट्रॉन ने नमूने पर प्रहार किया है या नहीं। यदि खोजे गए फोटॉन को सफलतापूर्वक अंतरिक्ष-विकल्पित किया जा सकता है, तो वस्तु की छवि का निर्माण किया जा सकता है।
कम से कम, दृष्टिकोण के पीछे यही सिद्धांत है। हस्लिंगर कहते हैं, “दुनिया भर में कई शोध समूह इस उलझाव का पहला सबूत स्थापित करने पर काम कर रहे हैं – और हम अग्रिम पंक्ति में हैं।” व्यवहार में, नवीन विचार तकनीकी चुनौतियों से भरे होते हैं। टीम को सबसे पहले मौजूदा माइक्रोस्कोप को समायोजित करना पड़ा। भौतिक विज्ञानी मुस्कुराते हुए कहते हैं, “आम तौर पर, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप पूरी तरह से प्रकाश से सील करके बनाए जाते हैं – लेकिन हम उनमें छेद करते हैं ताकि फोटॉन बच सकें ताकि उन्हें मापा जा सके।”
जीव विज्ञान और सामग्री विज्ञान के लिए आशाजनक दृष्टिकोण
अब इस सिद्धांत के प्रमाण की आवश्यकता है कि विधि इलेक्ट्रॉन-फोटॉन जोड़े उत्पन्न कर सकती है। “वास्तव में, यह अब किसी भी दिन हो सकता है,” हस्लिंगर को उम्मीद है। “हमने पहले ही एक भूत की छवि रिकॉर्ड कर ली है। इसलिए हम इलेक्ट्रॉनों के साथ वह देखने में सक्षम थे जो फोटॉन ने 'देखा' था। अब हम दो कणों के बीच हस्तक्षेप घटना के सबूत की तलाश कर रहे हैं। इस सबूत को ढूंढने से हमें धूम्रपान-बंदूक का स्पष्ट सबूत मिलेगा उलझाव।”
भूत इमेजिंग का एक स्थापित संस्करण जो उलझे हुए फोटॉन-फोटॉन जोड़े का उपयोग करता है, विशेष रूप से प्रकाश-संवेदनशील वस्तुओं का अवलोकन करते समय इसके लायक साबित हुआ है। यदि हस्लिंगर की योजना काम करती है, तो नमूने के इस बख्शते उपचार को पहली बार इलेक्ट्रॉनों के उच्च ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन के साथ जोड़ा जा सकता है। इस तरह के विकास से आशाजनक अनुप्रयोग खुलेंगे, उदाहरण के लिए बैटरी अनुसंधान में: चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान सामग्रियों की सतहों पर आणविक और परमाणु परिवर्तनों को बेहतर ढंग से देखा जा सकता है और इससे अनुकूलित सामग्रियों की पहचान करने में मदद मिलेगी। जीव विज्ञान में शानदार नई अंतर्दृष्टि भी हो सकती है, जैसे विकिरण के दौरान टूटे बिना प्रोटीन के मुड़ने का अवलोकन करना। हस्लिंगर मुस्कुराते हुए कहते हैं, “जीवन को वैसा घटित होते हुए देखना, यह एक सपना होगा।” लगभग बीस साल पहले, एक युवा भौतिकी छात्र के रूप में, उन्होंने एंटोन ज़िलिंगर के व्याख्यान में भाग लिया, जिससे उन्हें क्वांटम ऑप्टिक्स में रुचि हो गई। अब वह और उनके सहयोगी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में एक नई गुणवत्ता ला सकते हैं, जिसका इतिहास एक सदी पहले शुरू हुआ था।
व्यक्तिगत विवरण
फिलिप हस्लिंगर टीयू विएन में परमाणु इंटरफेरोमेट्री के एसोसिएट प्रोफेसर हैं। उनका शोध समूह परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों के साथ पदार्थ तरंग प्रकाशिकी के लिए उपन्यास क्वांटम टूल के विकास पर ध्यान केंद्रित करता है और विभिन्न डार्क एनर्जी मॉडल पर शोध करता है। हस्लिंगर ने 2013 में टीयू विएन में अपनी पीएचडी पूरी की। इसके बाद उन्होंने टीयू विएन के परमाणु संस्थान में अपना शोध जारी रखने के लिए वियना लौटने से पहले एफडब्ल्यूएफ फेलोशिप पर यूसी बर्कले में समय बिताया। 2018 में, उन्हें FWF START पुरस्कार से सम्मानित किया गया। वह कला और विज्ञान के बीच इंटरफेस पर आउटरीच परियोजनाओं में शामिल हैं।
प्रकाशन
फिलिप हस्लिंगर एट अल.: क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी 2024 में एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ स्पिन अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी
