புதிய பயன்பாடுகளுக்கான டிஃப்பியூசர்கள்

ஒளியியல் கூறுகளை சிறியதாக்கல் (miniaturization) ஒளியியல் ஒரு சவாலாக உள்ளது. Karlsruhe Institute of Technology (KIT) மற்றும் ஜெனாவின் ஃபிரெட்ரிக் ஷில்லர் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது சிலிக்கான் நானோ துகள்களின் அடிப்படையில் ஒளியை சிதறடிக்கும் ஒரு டிஃப்பியூசரை உருவாக்குவதில் வெற்றி பெற்றுள்ளனர். ஒளியின் திசை, நிறம் மற்றும் துருவமுனைப்பு ஆகியவற்றைக் குறிப்பாகக் கட்டுப்படுத்த இதைப் பயன்படுத்தலாம். இந்த புதிய தொழில்நுட்பம் வெளிப்படையான திரைகளில் அல்லது ஆக்மென்ட்டட் ரியாலிட்டியில் பயன்படுத்தப்படலாம். முடிவுகள் Advanced Materials இதழில் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளன.

ஒளியியல், ஒளியை உருவாக்குதல், பரப்புதல் மற்றும் கண்டறிதல் ஆகியவற்றின் விஞ்ஞானம், 21-ஆம் நூற்றாண்டிற்கான தொழில்நுட்பங்களை வளர்ப்பதில் முக்கிய இயக்கியாகக் கருதப்படுகிறது. லென்ஸ்கள், கண்ணாடிகள், முப்பட்டகங்கள் அல்லது டிஃப்பியூசர்கள்(diffusers) போன்ற வழக்கமான ஆப்டிகல் கூறுகளை சிறிதாக்குவதிலும், நானோ ஒளியியல் துறையில் மட்டுமே அணுகக்கூடிய அம்சங்களுடன் அவற்றின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதிலும் சவால் உள்ளது. இது தானாக இயங்ககூடிய வாகனங்களில் சிறிதாக்கம் செய்யப்பட்ட உணரி அல்லது ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக் குவாண்டம் கணினிகள் போன்ற புதிய பயன்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

டிஃப்பியூசர்கள் சிறிய சிதறல் மையங்களின் உதவியுடன் ஒளியை எல்லா திசைகளிலும் சிதறடிக்கும். வழக்கமான ஒளியியல் டிஃப்பியூசர்களின் மொத்தத் தன்மையைக் கடக்க, KIT மற்றும் ஜெனாவின் ஃபிரெட்ரிக் ஷில்லர் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், குறிப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட சிலிக்கான் நானோ துகள்களின் அடுக்கை ஒரு அடி மூலக்கூறுக்குப் பயன்படுத்தினார்கள் மற்றும் துகள்களை ஒழுங்கற்ற, ஆனால் கவனமாக திட்டமிடப்பட்ட முறையில் ஏற்பாடு செய்தனர். இந்த நானோ துகள்கள் மனித முடியை விட நூறு மடங்கு மெல்லியதாகவும், ஒளியின் சில அலைநீளங்களுடனும் தொடர்பு கொள்கின்றன. ஒளியின் திசை, நிறம் மற்றும் துருவமுனைப்பு ஆகியவற்றை குறிப்பாக இந்த மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள் மூலம் கட்டுப்படுத்தலாம்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு இரண்டு அடிப்படை கேள்விகளை எதிர்கொண்டது: “ஒளியியல் டிஃப்பியூசரை எந்த அளவிற்கு சிறியதாக மாற்றலாம் மற்றும் நானோ துகள்களின் ஒழுங்கற்ற அமைப்பு எப்படி இருக்க வேண்டும்?” என்கிறார் KIT இன் முனைவர் பட்ட ஆய்வாளரும் இரண்டில் ஒருவருமான அசோ ரஹிம்சாடேகன். “குறிப்பிடத்தக்க வகையில், ஒழுங்கற்ற அமைப்பின் சரியான பரவலுக்கு வழிவகுக்கும் அளவிற்கு ஒரு சரியான இடத்தை நாங்கள் கண்டறிந்தோம்.” ஜெனா பல்கலைக்கழகத்தின் முனைவர் பட்ட ஆய்வாளரும் இரண்டாவது முக்கிய எழுத்தாளருமான டென்னிஸ் அர்ஸ்லான் விளக்குவதாவது: “வெற்று கண்ணால் பார்க்கும்போது எல்லா திசைகளிலிருந்தும் சமமாக பிரகாசமாகத் தோன்றும் மெட்டாசர்ஃபேஸ் டிஃப்பியூசர்களை நாங்கள் உருவாக்கினோம். இது 0.2 என்ற அடுக்கில் நிகழ்கிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. மைக்ரோமீட்டர்கள் தடிமனாக மட்டுமே இருக்கும். டிஃப்பியூசர்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறத்தின் ஒளியை சிதறடித்து மற்ற அலைநீளங்களைத் தடையின்றி கடக்க அனுமதிக்கின்றன.” இத்தகைய பண்பு அறிவியல் பயன்பாடுகளில் பயனுள்ளதாக இருக்கும். ஆனால் இருபுறமும் பார்க்கக்கூடிய வெளிப்படையான திரைகள், ஹாலோகிராபிக் ப்ரொஜெக்டர்கள் அல்லது ஆக்மென்ட்டட் ரியாலிட்டி ஹெட்செட்கள் போன்ற நுகர்வோர் சாதனங்களுக்கும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். இரு சோதனை மற்றும் தத்துவார்த்த நிபுணத்துவத்தின் கலவையானது இந்த சவாலான அறிவியல் கேள்விகளுக்கு பதில்களை வழங்குவதை சாத்தியமாக்கியது.

References:

• Rahimzadegan, A., Fasold, S., Falkner, M., Zhou, W., Kroychuk, M., Rockstuhl, C., & Staude, I. (2021). Towards Perfect Optical Diffusers: Dielectric Huygens’ Metasurfaces with Critical Positional Disorder. Advanced Materials, 2105868.
• Wasisto, H. S., Prades, J. D., Gülink, J., & Waag, A. (2019). Beyond solid-state lighting: Miniaturization, hybrid integration, and applications of GaN nano-and micro-LEDs. Applied Physics Reviews, 6(4), 041315.
• Lee, D., Gwak, J., Badloe, T., Palomba, S., & Rho, J. (2020). Metasurfaces-based imaging and applications: from miniaturized optical components to functional imaging platforms. Nanoscale Advances, 2(2), 605-625.