லேசர் மூலம் மீப்பாய்மத்தை கலத்தல்

ஒசாகா பல்கலைக்கழகத்தில் பொறியியல் அறிவியல் பட்டதாரி பள்ளியின் விஞ்ஞானிகள் மீப்பாய்மத்தை(Super fluid) ஹீலியத்திற்குள் முதல் முறையாக ஒளியியல் சாமணம்(Optical Tweezers) பயன்படுத்தினார்கள். பலமாக செலுத்தப்பட்ட ஒளிக்கற்றை மூலம், அவர்கள் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் நானோ துகள்களின் நிலையான பொறியை நிரூபித்தார்கள். இந்த ஆய்வு விஞ்ஞானிகளுக்கு கிளாசிக்கல் மற்றும் குவாண்டம் விளைவுகளை பிரிக்கும் கருத்தியல் எல்லையை நன்கு புரிந்துகொள்ள உதவும்.

குவாண்டம் இயக்கவியலின் விசித்திரமான உலகத்தைப் பற்றி அறிந்து கொள்வது பெரும்பாலும் கடினம். ஏனென்றால் சில சுவாரஸ்யமான நிகழ்வுகள் தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் மட்டுமே நிகழ்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, ஹீலியம் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் குளிர்விக்கப்படும் போது, ​​அது பாகுத்தன்மை அல்லது உராய்வு இல்லாமல் பாயும் ஒரு மீப்பாய்ம நிலையை உருவாக்கலாம். அல்ட்ராகோல்ட் ஹீலியம் அணுக்கள் கிட்டத்தட்ட ஒரு துகள் போல ஒருங்கிணைத்து செயல்படத் தொடங்கும் பொருளின் குவாண்டம் “அலை போன்ற” தன்மையால் இந்த மாற்றம் ஏற்படுகிறது. மீப்பாய்ம ஹீலியம் இருப்பது நீண்ட காலமாக அறியப்பட்டாலும், அது பெரிய பொருட்களுடன் தொடர்பு கொள்ளும் விதம் முழுமையாக ஆய்வு செய்யப்படவில்லை.

இப்போது, ​​ஒசாகா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு ஒளியியல் சாமணத்தை பயன்படுத்தி மீப்பாய்ம ஹீலியத்தில் இடைநிறுத்தப்பட்ட நானோ துகள்களை கையாள்கிறது. இந்த ஒளியியல் பிடித்தல் (Optical Trapping) விளைவைப் பயன்படுத்தி, முழுமையான பூஜ்ஜியத்தை விட 1.4 டிகிரி மேல் உள்ள மீப்பாய்ம ஹீலியத்தில் உலோக மற்றும் மின்கடத்தா நானோ துகள்களை கட்டுப்படுத்த முடிந்தது. “இந்த சோதனையானது, அல்ட்ராலோட் வெப்பநிலையில் ஒளியியல் சாமணத்தின் முதல் வெற்றிகரமான பயன்பாடாகும், ஏனென்றால் நாங்கள் பூஜ்ஜியத்திற்கு கீழே 271 டிகிரி சென்டிகிரேடில் வேலை செய்தோம்” என்று யோசுகே மினோவா கூறுகிறார். சிக்கிய நானோ துகள்கள் தங்கம் அல்லது துத்தநாக ஆக்சைடால் ஆனது, 10 முதல் 80 நானோமீட்டர் அளவுள்ளவை, மேலும் 30 நிமிடங்கள் வரை இடைநிறுத்தப்பட்டிருக்கும்.

ஒளியியல் சாமணம் லேசரிலிருந்து பலமாக செலுத்தப்பட்ட ஒளிக்கற்றையைப் பயன்படுத்தி சிறிய நானோ துகள்களின் முப்பரிமாண அடைப்பை அனுமதிக்கிறது. ஒளி ஒரு “டிராக்டர் கற்றை” போல் செயல்படுகிறது, மேலும் இந்த முறை இயற்பியல், வேதியியல், உயிரியல் மற்றும் மருத்துவ ஆராய்ச்சியில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பொதுவாக, ஒளியியல் சாமணம் அறை வெப்பநிலையில் இயங்குகிறது, ஆனால் இந்த ஆய்வு புதிய கிரையோஜெனிக் பயன்பாடுகளுக்கு வழி திறக்கிறது. “குவாண்டம் திரவங்கள் மற்றும் கிளாசிக்கல் நானோ பொருட்கள் இடையே முன்னோடியில்லாத தொடர்புகளை ஆராய எங்கள் பணி உதவுகிறது” என்று மினோவா கூறுகிறார். மீப்பாய்ம ஹீலியத்தில், சுழல்கள் எனப்படும் சிறிய நீர்ச்சுழல்கள் தோன்றும், ஆனால் ஒவ்வொன்றும் அனுமதிக்கப்பட்ட சில மதிப்புகளில் மட்டுமே சுழலும். எதிர்காலத்தில், இந்த சுழல்களை காட்சிப்படுத்த அல்லது கட்டுப்படுத்த நானோ துகள்கள் பயன்படுத்தப்படலாம். குவாண்டத்திற்கும் இயற்பியலின் பழக்கமான விதிகளுக்கும் இடையிலான மாற்றத்தை நன்கு புரிந்துகொள்ள இந்த ஆராய்ச்சி உதவக்கூடும்.

References:

• Lei, L., Zhang, J., Trejo, M., Bradford, S. D., & Kong, W. (2022). Resolving the interlayer distance of cationic pyrene clusters embedded in superfluid helium droplets using electron diffraction. The Journal of Chemical Physics.
• Benderskii, A. V., Zadoyan, R., Schwentner, N., & Apkarian, V. A. (1999). Photodynamics in superfluid helium: Femtosecond laser-induced ionization, charge recombination, and preparation of molecular Rydberg states. The Journal of chemical physics, 110(3), 1542-1557.
• McKinsey, D. N., Lippincott, W. H., Nikkel, J. A., & Rellergert, W. G. (2005). Trace detection of metastable helium molecules in superfluid helium by laser-induced fluorescence. Physical review letters, 95(11), 111101.
• Tomadin, A., Giovannetti, V., Fazio, R., Gerace, D., Carusotto, I., Türeci, H. E., & Imamoglu, A. (2010). Signatures of the superfluid-insulator phase transition in laser-driven dissipative nonlinear cavity arrays. Physical Review A, 81(6), 061801.
• Treiber, L., Thaler, B., Heim, P., Stadlhofer, M., Kanya, R., Kitzler-Zeiler, M., & Koch, M. (2021). Observation of laser-assisted electron scattering in superfluid helium. Nature Communications, 12(1), 1-7.