மைக்ரான் மற்றும் நானோ அளவிலான குமிழி இயக்கவியல்

நுண்ணிய குமிழி உருவாக்கம் மற்றும் கலப்பு என்பது பல்வேறு துறைகளில் முக்கியமானது, திசு காயத்திற்குப் பின்னால் உள்ள சாத்தியமான பொறிமுறையாக, வெடிப்புகள் அதிர்ச்சிகரமான மூளைக் காயத்தை ஏற்படுத்தும் சந்தர்ப்பங்களில், மேலும் இயந்திர பண்பு மதிப்பீடுகளான நானோ பொருள் கையாளுதல் மற்றும் மேற்பரப்பை சுத்தம் செய்தல் போன்ற தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளுக்கான பயனுள்ள கருவியாகும்.

உருவாக்கத்திற்கு தேவையான சிறிய அளவு இருந்தபோதிலும், அவற்றின் தீவிர பெரிய தாக்கங்களுக்கான வாய்ப்பைத் திறப்பதால் நானோ குமிழி குறிப்பாக ஆர்வமூட்டுவதாக உள்ளது. இருப்பினும், நானோ அளவிலான இந்த இயக்கவியல் பற்றிய புரிதலை ஆய்வு செய்வதில் சில சிரமங்கள் உள்ளன.

ஆனால் LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory) விஞ்ஞானிகள் ஒரு தனித்துவமான முறையான டைனமிக் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் (MM-DTEM- movie-mode dynamic transmission electron microscopy) பயன்படுத்தி மைக்ரோ மற்றும் துணை மைக்ரோமீட்டர் குமிழ்களின் இயக்கவியல் மற்றும் நடத்தையை வகைப்படுத்த ஒரு தனித்துவமான, புதுமையான அணுகுமுறையை எடுத்துள்ளனர்.

வரிசைமுறை ஒளியியல் வரைபடம் (அதாவது, திரைப்படங்களைப் பதிவுசெய்தல்) பெரிய அளவிலான (10 விநாடி மைக்ரோமீட்டர்கள் முதல் மில்லிமீட்டர்கள் வரை) குமிழிகளை குழிவுபடுத்துவது பற்றிய புரிதலுக்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பைச் செய்திருந்தாலும், தேவையான நீளம் மற்றும் தற்காலிகத் தீர்மானங்கள் நானோ அளவிலான குமிழ்களுக்கு அத்தகைய அணுகுமுறையை நடைமுறைக்கு மாறானதாக ஆக்குகின்றன.

முன்னதாக, குறுகிய லேசர் துடிப்புகளுடன் கூடிய ஒற்றை-ஷாட் ஒளியியல் நுட்பங்கள், குமிழிகளை அவற்றின் துவக்கத்துடன் ஒப்பிடும் நேரத்தில் படமாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டன. இருப்பினும், ஒளியியல் நுண்ணோக்கியின் இடஞ்சார்ந்த தீர்மானங்களுக்கான அடிப்படை வரம்புகள் காரணமாக, குமிழ்கள் நானோமீட்டர் அளவை அடையும் போது இந்த அணுகுமுறைகள் பயனுள்ளதாக இருக்காது மற்றும் ஒற்றைப் படத் தன்மையானது சிக்கலான மற்றும் மீண்டும் மீண்டும் நிகழாத இடைவினைகளுக்கு அவற்றைச் சாத்தியமற்றதாக்குகிறது.

நானோ அளவீடுகளில் படங்களைப் பிடிக்க, LLNL குழு 532-nm லேசர் துடிப்பை (சுமார் 12 ns) பயன்படுத்தி 1.2 மைக்ரான் நீர் அடுக்குக்குள் தங்க நானோ துகள்கள் கிளஸ்டர்களை கிளர்வுப்படுத்தியது. இதன் விளைவாக வரும் குமிழ்கள் ஒன்பது எலக்ட்ரான் துடிப்பு சமிக்ஞைகளின் வரிசையைப் பயன்படுத்தி பதிவு செய்யப்பட்டன (ஒவ்வொன்றும் 10 ns) சிறிதளவு 40 ns உச்சம் ‘ வரை பிரிக்கப்பட்டது. சிறிய (2-3 மைக்ரான்களுக்கு குறைவான) குமிழ்கள் 50 நானோ விநாடிகளுக்குள் சரிந்ததாகவும், பெரிய (2-3 மைக்ரான்களுக்கு மேல்) குமிழ்கள் சரிவதற்கு அதிக நேரம் எடுத்ததாகவும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர்.

தனிமைப்படுத்தப்பட்ட குமிழ்கள் மிகப் பெரிய குமிழ்களிலிருந்து பெறப்பட்ட மாதிரிகளுடன் தொடர்ந்து செயல்படுகின்றன. அருகிலுள்ள குமிழ்களுக்கு இடையே சிக்கலான தொடர்புகளும் நிகழ்ந்தன. இது குமிழ்கள் எதிர்பார்த்ததை விட நீண்ட காலம் நீடிக்க வழிவகுத்தது மற்றும் அவை சரிந்த பிறகு மீண்டும் குதிக்கிறது.

References:

• Egan, G. C., Lau, E. Y., & Schwegler, E. (2022). Multiframe Imaging of Micron and Nanoscale Bubble Dynamics. Nano Letters.
• Egan, G. C., LaGrange, T., & Zachariah, M. R. (2015). Time-resolved nanosecond imaging of nanoscale condensed phase reaction. The Journal of Physical Chemistry C, 119(5), 2792-2797.
• Winterauer, D. J., Funes-Hernando, D., Duvail, J. L., Moussaoui, S., Batten, T., & Humbert, B. (2019). Sub-micron spatial resolution in far-field raman imaging using positivity-constrained super-resolution. Applied Spectroscopy, 73(8), 902-909.
• Veysset, D., Hsieh, A. J., Kooi, S., Maznev, A. A., Masser, K. A., & Nelson, K. A. (2016). Dynamics of supersonic microparticle impact on elastomers revealed by real–time multi–frame imaging. Scientific reports, 6(1), 1-6.