अगली पीढ़ी के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए चिरैलिटी की शक्ति का उपयोग

Chirality – the property of an object being non-superimposable on its mirror image – is found everywhere in nature, from spiral galaxies to the DNA in our cells. In materials science, chirality can enable unique light–matter interactions, such as controlling the spin of electrons or detecting circularly polarized light. These capabilities open the door to futuristic technologies in quantum optoelectronics, advanced sensors, and spin-based computing.

 

देहरादून. 19 सितम्बर। वैज्ञानिकों ने ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रयुक्त चिरल पेरोव्स्काइट फिल्मों की खोज करते हुए यह पता लगाया है कि ये पदार्थ किस प्रकार क्रिस्टलीकृत होकर चरण-शुद्ध, चिरल पेरोव्स्काइट फिल्में बनाते हैं, जिनमें अद्वितीय गुण होते हैं। यह वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश (सीपीएल) डिटेक्टरों, स्पिनट्रॉनिक तत्वों और फोटोनिक सिनेप्स जैसे उपकरणों के विकास के लिए उपयोगी हैं। चिरल पेरोव्स्काइट फिल्मों के लिए ऐसा अभिविन्यास उनके विद्युत गुणों पर अतिरिक्त नियंत्रण लाता है, जिससे वे अधिक बहुमुखी बन जाते हैं।

चिरैलिटी – किसी वस्तु का अपने दर्पण प्रतिबिंब पर अध्यारोपित न होने का गुण – सर्पिल आकाशगंगाओं से लेकर हमारी कोशिकाओं में डीएनए तक प्रकृति में हर जगह पाया जाता है। पदार्थ विज्ञान में, चिरैलिटी अद्वितीय प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रियाओं को सक्षम कर सकती है, जैसे इलेक्ट्रॉनों के स्पिन को नियंत्रित करना या वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश का पता लगाना। ये क्षमताएँ क्वांटम ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, उन्नत सेंसर और स्पिन-आधारित कंप्यूटिंग में भविष्य की तकनीकों के द्वार खोलती हैं।

अब तक, अधिकांश काइरल पदार्थ कार्बनिक रहे हैं, जो उपकरणों में उनकी उपयोगिता को सीमित करता है क्योंकि वे विद्युत आवेश का परिवहन खराब तरीके से करते हैं। इसके विपरीत, हैलाइड पेरोव्स्काइट्स – क्रिस्टलीय पदार्थों का एक वर्ग – अपने ट्यूनेबल गुणों और कुशल आवेश परिवहन के कारण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उत्कृष्ट उम्मीदवार के रूप में उभरे हैं। कम-आयामी हैलाइड पेरोव्स्काइट्स के साथ काइरल अणुओं को मिलाकर बेहतर प्रदर्शन वाले काइरल पेरोव्स्काइट्स बनाए जा सकते हैं।

हालांकि, उपकरणों के लिए उच्च-गुणवत्ता वाली काइरल पेरोव्स्काइट फिल्में बनाने के लिए उनके क्रिस्टलीकरण पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है – जो कि अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के तहत एक स्वायत्त संस्थान, नैनो और मृदु पदार्थ विज्ञान केंद्र (सीईएनएस), बेंगलुरु के शोधकर्ताओं ने अब ऐसे पदार्थों के विस्तृत क्रिस्टलीकरण व्यवस्था का पता लगाया है। मेथिलबेन्ज़िलामोनियम कॉपर ब्रोमाइड ((आर/एस-एमबीए)₂सीयूबीआर₄) की पतली फिल्मों का अध्ययन करते हुए, टीम ने पाया कि इन कम-आयामी फिल्मों में क्रिस्टलीकरण वायु-फिल्म इंटरफेस से शुरू होता है और सब्सट्रेट की ओर बढ़ता है।

उन्होंने यह भी पता लगाया कि ठंडा करने के दौरान अवशिष्ट विलायक के फंसने के कारण अवांछित 1डी अशुद्धता चरण बनते हैं, जो उपकरण की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वैक्यूम प्रसंस्करण और विलायक का सावधानीपूर्वक चयन इन अशुद्धियों को दबा सकता है, जिससे अधिक एकरूप फिल्में बनती हैं। उन्होंने दो सप्ताह तक क्रिस्टल के विकास पर भी नज़र रखी, जिससे पता चला कि कैसे छोटे कण सुव्यवस्थित संरचनाओं में विकसित होते हैं।

यह कार्य चरण-शुद्ध, उन्मुख किरल पेरोव्स्काइट फिल्में बनाने के लिए एक स्पष्ट रणनीति प्रदान करता है – वृत्ताकार ध्रुवीकृत प्रकाश (सीपीएल) डिटेक्टरों, स्पिनट्रॉनिक तत्वों और फोटोनिक सिनेप्स जैसे उपकरणों के निर्माण की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम। टीम अब इन फिल्मों के आधार पर फोटोडिटेक्टर बनाने पर काम कर रही है।

भारत की बढ़ती अनुसंधान क्षमता और अर्धचालक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण की ओर बढ़ने के साथ, ऐसी सामग्रियों में महारत हासिल करने से देश अगली पीढ़ी की प्रकाश-आधारित और क्वांटम प्रौद्योगिकियों में सबसे आगे हो सकता है।