நானோ அளவிலான ஒளி-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட எதிர்வினைகள்

நானோ துகள்களில் வலுவான மின்காந்த புலங்களைக் கட்டுப்படுத்துவது அவற்றின் மேற்பரப்பில் இலக்கு மூலக்கூறு எதிர்வினைகளைத் தூண்டுவதற்கு முக்கியமாகும். வலுவான புலங்களில் இத்தகைய கட்டுப்பாடு லேசர் ஒளி மூலம் அடையப்படுகிறது. லேசர் தூண்டப்பட்ட உருவாக்கம் மற்றும் நானோ துகள்களின் பரப்புகளில் மூலக்கூறு பிணைப்புகளை உடைப்பது கடந்த காலத்தில் காணப்பட்டாலும், மேற்பரப்பு எதிர்வினைகளின் நானோஸ்கோபிக் ஒளியியல் கட்டுப்பாடு இன்னும் அடையப்படவில்லை. Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) மற்றும் Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ)-இல் உள்ள Dr. Boris Bergues மற்றும் Prof. Matthias Kling தலைமையிலான சர்வதேச குழு, Stanford University-உடன் இணைந்து இப்போது இந்த இடைவெளியை மூடியுள்ளது. இயற்பியலாளர்கள் அல்ட்ராஷார்ட் லேசர் துடிப்புகளைப் பயன்படுத்தி தனிமைப்படுத்தப்பட்ட சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு நானோ துகள்களின் மேற்பரப்பில் ஒளி-தூண்டப்பட்ட மூலக்கூறு எதிர்வினைகளின் இருப்பிடத்தை முதன்முறையாக தீர்மானித்தனர்.

நானோ துகள்கள் ஒரு மெல்லிய அடுக்குடன் மூடப்பட்டிருக்கும். மூலக்கூறுகள் இணைக்கப்பட்டு, கரைந்து, அவற்றின் இருப்பிடத்தை மாற்றுகின்றன. இவை அனைத்தும் இரசாயன எதிர்வினைகளை இயக்குகின்றன, பொருளை மாற்றுகின்றன, மேலும் புதிய பொருட்களை உருவாக்குகின்றன. நானோ காஸ்மோஸில் உள்ள நிகழ்வுகளை மின்காந்த புலங்களைப் பயன்படுத்தி கட்டுப்படுத்தலாம். அதிவேக மின்னணுவியல் மற்றும் நானோஃபோட்டானிக்ஸ் குழுமத்தைச் சேர்ந்த டாக்டர். போரிஸ் பெர்குஸ் மற்றும் பேராசிரியர் மத்தியாஸ் கிளிங் தலைமையிலான குழு இதை இப்போது நிரூபித்துள்ளது. இந்த நோக்கத்திற்காக, தனிமைப்படுத்தப்பட்ட நானோ துகள்களின் மேற்பரப்பில் உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட புலங்களை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் வலுவான, ஃபெம்டோசெகண்ட்-லேசர் துடிப்புகளைப் பயன்படுத்தினர். ஒரு ஃபெம்டோசெகண்ட் என்பது ஒரு நொடியின் பில்லியனில் ஒரு மில்லியனில் ஒரு பங்கு.

அதே குழுவில் சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு புதிய நுட்பமான எதிர்வினை நானோஸ்கோபி என்று அழைக்கப்படுவதைப் பயன்படுத்தி, இயற்பியலாளர்கள் சிலிக்கா நானோ துகள்களின் மேற்பரப்பில் மூலக்கூறு துண்டுகளின் எதிர்வினை தளம் மற்றும் பிறப்பிடத்தை 20 நானோமீட்டர்களை விட சிறந்த தெளிவுத்திறனில் படம்பிடிக்க முடிந்தது. வெவ்வேறு வண்ணங்கள் மற்றும் அலைவடிவங்கள் மற்றும் துருவமுனைப்புகளுடன் இரண்டு லேசர் துடிப்புகளின் அலைகளை மிகைப்படுத்துவதன் மூலம் ஆராய்ச்சியாளர்கள் நானோ அளவிலான இடஞ்சார்ந்த கட்டுப்பாட்டை அடைய முடிந்தது. எனவே, அவர்கள் தங்கள் நேர தாமதத்தை அட்டோசெகண்ட் துல்லியத்துடன் அமைக்க வேண்டியிருந்தது. ஒரு அட்டோசெகண்ட் என்பது ஒரு ஃபெம்டோசெகண்டை விட ஆயிரம் மடங்கு குறைவாக உள்ளது. இந்த வடிவமைக்கப்பட்ட ஒளியுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, ​​​​நானோ துகள்களின் மேற்பரப்பு மற்றும் அங்கு உறிஞ்சப்பட்ட மூலக்கூறுகள் இலக்கு தளங்களில் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டன, இது மூலக்கூறுகளை வெவ்வேறு துண்டுகளாக பிரிக்க வழிவகுக்கிறது.

“நானோ துகள்களில் மூலக்கூறு மேற்பரப்பு எதிர்வினைகள் நானோவினையூக்கியில் ஒரு அடிப்படைப் பங்கை வகிக்கின்றன. அவை தூய்மையான ஆற்றல் உற்பத்திக்கு குறிப்பாக ஒளிச்சேர்க்கை நீர் பிளவு மூலத்திற்கு முக்கியமாக  இருக்கலாம்.” என்று மத்தியாஸ் கிளிங் விளக்குகிறார். “எங்கள் முடிவுகள் நானோமீட்டர் ஸ்பேஷியல் தெளிவுத்திறனுடன் மட்டுமல்லாமல், ஃபெம்டோசெகண்ட் டெம்போரல் ரெசல்யூஷனுடன் நானோ துகள்களில் ஒளிச்சேர்க்கை எதிர்வினைகளைக் கண்காணிப்பதற்கும் வழி வகுக்கிறது. இது அவற்றின் இயக்கவியலின் இயற்கையான இடஞ்சார்ந்த மற்றும் தற்காலிக அளவீடுகளில் மேற்பரப்பு செயல்முறைகள் பற்றிய விரிவான நுண்ணறிவுகளை வழங்கும்” என்று போரிஸ் கூறுகிறார்.

இந்த நம்பிக்கைக்குரிய புதிய அணுகுமுறை பல சிக்கலான தனிமைப்படுத்தப்பட்ட நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட பொருட்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம் என்று விஞ்ஞானிகள் எதிர்பார்க்கிறார்கள். அவர்களின் ஆய்வு ஆப்டிகாவில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

References:

• Zhang, Y. S., Wang, Z. Q., Lin, J. D., Yang, P. C., & Lee, C. R. (2022). Light‐Switching Surface Wettability of Chiral Liquid Crystal Networks by Dynamic Change in Nanoscale Topography. Macromolecular Rapid Communications, 43(5), 2100736.
• Zhang, Y. S., Wang, Z. Q., Lin, J. D., Yang, P. C., & Lee, C. R. (2022). Light‐Switching Surface Wettability of Chiral Liquid Crystal Networks by Dynamic Change in Nanoscale Topography. Macromolecular Rapid Communications, 43(5), 2100736.
• Liu, J., Yang, G., Zhu, W., Dong, Z., Yang, Y., Chao, Y., & Liu, Z. (2017). Light-controlled drug release from singlet-oxygen sensitive nanoscale coordination polymers enabling cancer combination therapy. Biomaterials, 146, 40-48.
• Zhu, Y. X., Jia, H. R., Pan, G. Y., Ulrich, N. W., Chen, Z., & Wu, F. G. (2018). Development of a light-controlled nanoplatform for direct nuclear delivery of molecular and nanoscale materials. Journal of the American Chemical Society, 140(11), 4062-4070.
• Li, H., Liu, R., Lian, S., Liu, Y., Huang, H., & Kang, Z. (2013). Near-infrared light controlled photocatalytic activity of carbon quantum dots for highly selective oxidation reaction. Nanoscale, 5(8), 3289-3297.