वारसॉ : वैज्ञानिकों ने तरल क्रिस्टल पर आधारित एक आश्चर्यजनक रूप से सरल सेटअप का उपयोग करके छोटे "ऑप्टिकल टॉरनेडो" बनाए हैं - प्रकाश की घूमती किरणें जो छोटे बवंडर की तरह मुड़ती हैं। जटिल नैनो तकनीक पर निर्भर रहने के बजाय, टीम ने प्रकाश को फंसाने और नियंत्रित करने के लिए टोरॉन नामक स्व-संगठित संरचनाओं का उपयोग किया, जिससे यह जटिल तरीकों से सर्पिल और घूर्णन करता है।इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि उन्होंने प्रकाश की सबसे स्थिर, सबसे कम ऊर्जा वाली अवस्था में यह प्रभाव हासिल किया, जिससे इन असामान्य गुणों वाली लेजर जैसी किरणें उत्पन्न करना कहीं अधिक आसान हो गया।
क्या प्रकाश बवंडर की तरह घूम सकता है? शोधकर्ताओं ने अब यह साबित कर दिया है कि यह संभव है। वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय, सैन्य प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और क्लेरमोंट औवेर्गने विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट पास्कल सीएनआरएस के वैज्ञानिकों ने एक अत्यंत छोटी संरचना के अंदर घूमते हुए "प्रकाशिक बवंडर" बनाए हैं। यह प्रगति जटिल आकृतियों वाले लघु प्रकाश स्रोतों के निर्माण के एक नए तरीके की ओर इशारा करती है, जो ऑप्टिकल संचार और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए सरल और अधिक स्केलेबल फोटोनिक उपकरणों का समर्थन कर सकती है।
"हमारा समाधान भौतिकी के कई क्षेत्रों को जोड़ता है, क्वांटम यांत्रिकी से लेकर सामग्री इंजीनियरिंग, प्रकाशिकी और ठोस-अवस्था भौतिकी तक," वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय के प्रोफेसर जैक स्ज़िटको बताते हैं, जो अनुसंधान समूह के प्रमुख हैं।"यह प्रेरणा परमाणु भौतिकी में ज्ञात प्रणालियों से मिली, जहां इलेक्ट्रॉन विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं में रह सकते हैं। फोटोनिक्स में, इसी तरह की भूमिका ऑप्टिकल ट्रैप द्वारा निभाई जाती है, जो इलेक्ट्रॉनों के बजाय प्रकाश को सीमित करते हैं," स्ज़िटको ने आगे कहा।प्रकाशीय भंवर क्या है?
"आप इसे एक ऑप्टिकल भंवर के रूप में सोच सकते हैं," वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय और सिटी कॉलेज ऑफ न्यूयॉर्क के भौतिकी विभाग के डॉ. मार्सिन मुज़िन्स्की कहते हैं, जो इस अध्ययन के पहले लेखक हैं।"प्रकाश तरंग अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है, और इसकी कला एक सर्पिल तरीके से बदलती है। इसके अलावा, ध्रुवीकरण - विद्युत क्षेत्र के दोलन की दिशा - भी घूमने लगती है," मार्सिन ने आगे कहा।ये संरचित प्रकाश अवस्थाएँ क्वांटम संचार और सूक्ष्म वस्तुओं को नियंत्रित करने जैसे अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक हैं। हालाँकि, इन्हें उत्पन्न करने के लिए आमतौर पर जटिल नैनोसंरचनाओं या बड़े प्रायोगिक प्रणालियों की आवश्यकता होती है।
लिक्विड क्रिस्टल एक सरल मार्ग प्रदान करते हैंटीम ने एक अलग रणनीति अपनाई। वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय में नैनो तकनीक की छात्रा जोआना मेड्रज़िका, जिन्होंने सैन्य प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की डॉ. ईवा ओटन के साथ मिलकर लिक्विड क्रिस्टल के नमूने तैयार किए, बताती हैं, "जटिल प्रणालियाँ बनाने के बजाय, हमने एक लिक्विड क्रिस्टल का उपयोग किया, जो तरल और ठोस के बीच के गुणों वाला पदार्थ है। हालाँकि यह तरल की तरह बह सकता है, इसके अणु क्रिस्टल की तरह ही एक निश्चित अभिविन्यास और सापेक्ष स्थिति बनाए रखते हुए व्यवस्थित होते हैं।"इस पदार्थ के भीतर, टोरॉन नामक विशेष दोष बन सकते हैं। मेडज़िका बताते हैं, "इन्हें डीएनए के समान कसकर मुड़ी हुई सर्पिल संरचनाओं के रूप में समझा जा सकता है, जिनके साथ तरल क्रिस्टल अणु व्यवस्थित होते हैं।
यदि ऐसी सर्पिल संरचना के सिरों को जोड़कर डोनट के आकार का एक वलय बनाया जाए, तो हमें टोरॉन प्राप्त होता है।" "ये संरचनाएं प्रकाश के लिए सूक्ष्म जाल का काम करती हैं। एक महत्वपूर्ण कदम फोटॉनों के लिए चुंबकीय क्षेत्र के समतुल्य संरचना बनाना था।
हालांकि प्रकाश इलेक्ट्रॉनों की तरह चुंबकीय क्षेत्र पर प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन अन्य तरीकों से प्रकाश के लिए ऐसा ही व्यवहार प्राप्त किया जा सकता है।"प्रकाश के लिए एक "सिंथेटिक चुंबकीय क्षेत्र"वारसॉ विश्वविद्यालय के भौतिकी संकाय के डॉ. पियोत्र कपुसिंस्की बताते हैं, "स्थानिक रूप से परिवर्तनशील द्विअपवर्तन, यानी प्रकाश के विभिन्न ध्रुवीकरणों के प्रसार में अंतर, एक कृत्रिम चुंबकीय क्षेत्र की तरह काम करता है।
हम इसे 'कृत्रिम' इसलिए कहते हैं क्योंकि इसका गणितीय विवरण चुंबकीय क्षेत्र के व्यवहार से मिलता-जुलता है, भले ही भौतिक रूप से यह मौजूद न हो। परिणामस्वरूप, प्रकाश 'मुड़ने' लगता है, ठीक वैसे ही जैसे साइक्लोट्रॉन कक्षाओं में इलेक्ट्रॉन गति करते हैं।" प्रभाव को और अधिक प्रभावी बनाने के लिए, टोरॉन को एक ऑप्टिकल माइक्रोकेविटी के अंदर रखा गया था। यह दर्पणों से बनी एक संरचना है जो प्रकाश को बार-बार परावर्तित करती है और उसे लंबे समय तक सीमित रखती है। डॉ. मुज़िन्स्की कहते हैं, "इससे क्षेत्र बहुत अधिक मजबूत हो जाता है। इसके अलावा, हम बाहरी विद्युत वोल्टेज का उपयोग करके ट्रैप के आकार और इस प्रकार प्रकाश के गुणों को नियंत्रित कर सकते हैं।" ग्राउंड स्टेट में स्थिर प्रकाश भंवर इसके बाद सबसे चौंकाने वाला परिणाम सामने आया।
"सामान्य प्रणालियों में, कक्षीय कोणीय संवेग ले जाने वाला प्रकाश उत्तेजित अवस्थाओं में प्रकट होता है," क्लेरमोंट औवेर्गने विश्वविद्यालय और सीएनआरएस के प्रोफेसर गुइलौम मालपुएच बताते हैं, जिन्होंने प्रोफेसर दिमित्री सोल्निशकोव और पोस्ट-डॉक्टरल शोधकर्ता डैनियल बोबिलेव के साथ मिलकर इस घटना का सैद्धांतिक मॉडल विकसित किया है। "पहली बार, हम इस प्रभाव को ग्राउंड स्टेट, यानी सबसे कम ऊर्जा वाली अवस्था में प्राप्त करने में सफल हुए हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्राउंड स्टेट सबसे स्थिर होती है और इसमें ऊर्जा का संचय सबसे आसानी से होता है।" प्रोफेसर स्ज़िटको जोर देते हुए कहते हैं, "इससे लेजर उत्पन्न करना बहुत आसान हो जाता है। प्रकाश स्वाभाविक रूप से इस अवस्था को 'चुनता' है क्योंकि इसमें सबसे कम नुकसान होता है।" इसकी पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सिस्टम में एक लेजर डाई डाली।
डॉ. मार्सिन मुज़िन्स्की कहते हैं, "हमें ऐसा प्रकाश प्राप्त हुआ जो न केवल घूमता है बल्कि लेजर प्रकाश की तरह व्यवहार भी करता है: यह सुसंगत है और इसकी ऊर्जा और उत्सर्जन दिशा अच्छी तरह से परिभाषित है।" सरलीकृत फोटोनिक और क्वांटम प्रौद्योगिकियों की ओर प्रोफेसर दिमित्री सोल्निशकोव कहते हैं, "यह दिलचस्प है कि हमारा दृष्टिकोण तथाकथित सदिश आवेश से संबंधित बहुत उन्नत सिद्धांतों से प्रेरणा लेता है। इसलिए, एक तरह से, हम फोटॉनों को इलेक्ट्रॉनों की तरह नहीं, बल्कि क्वार्कों की तरह व्यवहार करने में सक्षम बनाने में कामयाब रहे हैं, जो प्रोटॉनों को बनाने वाले आवेशित कण हैं।" "इस खोज से जटिल संरचना वाले लघु प्रकाश स्रोत बनाने का एक नया मार्ग खुलता है। इससे पता चलता है कि जटिल नैनो तकनीक पर निर्भर रहने के बजाय, हम स्व-संगठित सामग्रियों का उपयोग कर सकते हैं," मिलिट्री यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर विक्टर पीसेक ने निष्कर्ष निकाला। "भविष्य में, इससे सरल और अधिक स्केलेबल फोटोनिक उपकरण बनाना संभव हो सकता है, उदाहरण के लिए ऑप्टिकल संचार या क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए।"
