लेजर हर जगह हैं। उनका उपयोग करने वाले उपकरण सूचना प्रसारित करते हैं और लंबी दूरी के संचार और इंटरनेट के अस्तित्व को सक्षम करते हैं; वे सर्जरी करने वाले डॉक्टरों और उन्नत उपकरणों और प्रौद्योगिकियों का निर्माण करने वाले इंजीनियरों की सहायता करते हैं; और दिन-प्रतिदिन, हम लेज़रों का सामना करते हैं क्योंकि हम अपने किराने का सामान स्कैन करते हैं और डीवीडी देखते हैं। “60-कुछ वर्षों में जब से उनका आविष्कार किया गया था, लेज़रों ने हमारे जीवन को पूरी तरह से बदल दिया है,” इटली में पॉलिटेक्निको डी मिलानो में एक गैर-रेखीय प्रकाशिकी शोधकर्ता गिउलिओ सेरुलो ने कहा।

आज, कोलंबिया विश्वविद्यालय में सेरुलो और सहयोगियों के नए शोध की मदद से प्रकाशित हुआ प्रकृति फोटोनिक्सलेज़रों का उपयोग करने वाले उपकरण पूरी तरह से छोटे होने की ओर अग्रसर हैं।

कोलंबिया में इंजीनियर जेम्स शुक की प्रयोगशाला में काम करते हुए, पीएचडी छात्र ज़िनी जू और पोस्टडॉक चियारा ट्रोवाटेलो ने मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (MoS2) नामक एक 2D सामग्री का अध्ययन किया। उन्होंने बताया कि कितनी कुशलता से MoS . के ढेर से निर्मित उपकरण2 एक माइक्रोन से भी कम मोटा – जो मानव बाल से 100 गुना पतला है – विभिन्न रंगों का उत्पादन करने के लिए दूरसंचार तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश आवृत्तियों को परिवर्तित करता है।

यह नया शोध आज के ट्यून करने योग्य लेज़रों में उपयोग की जाने वाली मानक सामग्री को बदलने की दिशा में पहला कदम है, जिसे मिलीमीटर और सेंटीमीटर में मापा जाता है, ट्रोवाटेलो ने कहा, जिन्होंने हाल ही में मिलान में सेरुलो के साथ पीएचडी पूरी की है। “नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स वर्तमान में एक मैक्रोस्कोपिक दुनिया है, लेकिन हम इसे सूक्ष्म बनाना चाहते हैं,” उसने कहा।

लेजर एक विशेष प्रकार का सुसंगत प्रकाश देते हैं, जिसका अर्थ है कि बीम के सभी फोटॉन समान आवृत्ति और इस प्रकार, रंग साझा करते हैं। लेज़र केवल विशिष्ट आवृत्तियों पर काम करते हैं, लेकिन उपकरणों को अक्सर लेज़र प्रकाश के विभिन्न रंगों को तैनात करने में सक्षम होने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, एक हरे रंग का लेजर पॉइंटर वास्तव में एक इन्फ्रारेड लेजर द्वारा निर्मित होता है जो एक मैक्रोस्कोपिक सामग्री द्वारा एक दृश्य रंग में परिवर्तित हो जाता है। लेजर प्रकाश के रंग को बदलने के लिए शोधकर्ता गैर-रेखीय ऑप्टिकल तकनीकों का उपयोग करते हैं, लेकिन रंग रूपांतरण के लिए पारंपरिक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को अपेक्षाकृत मोटा होना चाहिए ताकि वे कुशलता से हो सकें।

विदेश राज्य मंत्री2 संक्रमण धातु डाइक्लोजेनाइड्स नामक सामग्री के उभरते वर्ग के सबसे अधिक अध्ययन किए गए उदाहरणों में से एक है, जिसे परमाणु रूप से पतली परतों में छील दिया जा सकता है। MoS . की एकल परतें2 प्रकाश आवृत्तियों को कुशलता से परिवर्तित कर सकते हैं, लेकिन वास्तव में उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने के लिए बहुत पतले हैं। MoS के बड़े क्रिस्टल2, इस बीच, गैर-रंग परिवर्तित रूप में अधिक स्थिर होते हैं। आवश्यक क्रिस्टल बनाने के लिए, जिसे 3R-MoS . के रूप में जाना जाता है2टीम ने वाणिज्यिक 2D-सामग्री आपूर्तिकर्ता HQ Graphene के साथ काम किया।

3R-MoS . के साथ2 हाथ में, जू ने अलग-अलग मोटाई के नमूनों को छीलना शुरू कर दिया ताकि यह परीक्षण किया जा सके कि उन्होंने प्रकाश की आवृत्ति को कितनी कुशलता से परिवर्तित किया। तुरंत, परिणाम शानदार थे। “शायद ही कभी विज्ञान में आप एक ऐसी परियोजना पर शुरू करते हैं जो आपकी अपेक्षा से बेहतर काम करती है – आमतौर पर यह विपरीत होता है। यह एक दुर्लभ, जादुई मामला था,” शुक ने टिप्पणी की। आमतौर पर, नमूने द्वारा उत्पादित प्रकाश को पंजीकृत करने के लिए विशेष सेंसर की आवश्यकता होती है, और ऐसा करने में उन्हें कुछ समय लगता है, जू ने समझाया। “3R-MoS के साथ2हम लगभग तुरंत ही बहुत बड़ी वृद्धि देख सकते हैं,” उन्होंने कहा। विशेष रूप से, टीम ने इन रूपांतरणों को दूरसंचार तरंग दैर्ध्य पर रिकॉर्ड किया, जो संभावित ऑप्टिकल संचार अनुप्रयोगों के लिए एक प्रमुख विशेषता है, जैसे कि इंटरनेट और टेलीविजन सेवाएं प्रदान करना।

एक स्कैन के दौरान एक भाग्यशाली दुर्घटना में, जू ने क्रिस्टल के एक यादृच्छिक किनारे पर ध्यान केंद्रित किया और देखा कि फ्रिंज ने सुझाव दिया कि वेवगाइड मोड सामग्री के अंदर मौजूद थे। वेवगाइड मोड अलग-अलग रंग के फोटॉन रखते हैं, जो अन्यथा क्रिस्टल में अलग-अलग गति से सिंक में चलते हैं, और संभवतः तथाकथित उलझे हुए फोटॉन, क्वांटम ऑप्टिक्स अनुप्रयोगों का एक प्रमुख घटक उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। टीम ने अपने उपकरणों को भौतिक विज्ञानी दिमित्री बसोव की प्रयोगशाला को सौंप दिया, जहां उनके पोस्टडॉक फैबियन मोशमर ने उनके कूबड़ की पुष्टि की।

वर्तमान में, तरंग-निर्देशित रूपांतरण और उलझे हुए फोटॉन उत्पन्न करने के लिए सबसे लोकप्रिय क्रिस्टल लिथियम नाइओबेट है, जो एक कठोर और कठोर सामग्री है जिसे उपयोगी रूपांतरण क्षमता प्राप्त करने के लिए काफी मोटा होना चाहिए। 3आर-एमओएस2 समान रूप से कुशल है लेकिन 100 गुना छोटा और इतना लचीला है कि इसे कभी-कभी छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रक्षेपवक्र के बाद चिप्स पर ऑप्टिकल सर्किट बनाने के लिए सिलिकॉन फोटोनिक प्लेटफॉर्म के साथ जोड़ा जा सकता है।

इस प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट परिणाम के साथ, वास्तविक जीवन के अनुप्रयोगों की ओर रुकावट 3R-MoS का बड़े पैमाने पर उत्पादन है2 और उपकरणों की उच्च-थ्रूपुट संरचना। वहां, टीम कहती है, उद्योग को संभालने की आवश्यकता होगी। इस कार्य के साथ, उन्हें आशा है कि उन्होंने 2D सामग्री के वादे को प्रदर्शित किया है।

“मैं अब तीस से अधिक वर्षों से नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स पर काम कर रहा हूं। अनुसंधान अक्सर वृद्धिशील होता है, धीरे-धीरे जो पहले आया था उस पर निर्माण कर रहा है। यह दुर्लभ है कि आप बड़ी क्षमता के साथ कुछ नया करते हैं,” सेरुलो ने कहा। “मुझे लगता है कि यह नई सामग्री खेल को बदल सकती है।”

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