गोटिंगन के वैज्ञानिकों ने एक अणु के क्वांटम वेवफंक्शन की 3D तस्वीर बनाई

गोटिंगन यूनिवर्सिटी की एक अंतरविषयी टीम ने सिर्फ कुछ नैनोमीटर आकार के एक कार्बनिक अणु के वेवफंक्शन की त्रि-आयामी तस्वीर बनाई है। वेवफंक्शन वह गणितीय विवरण है जिसे क्वांटम भौतिकी किसी तय जगह के बजाय इस्तेमाल करती है — यह बताता है कि इलेक्ट्रॉन कहाँ होगा और कितनी गति से चलेगा, इसकी संभावना कितनी है। अणुओं के भीतर ऐसे इलेक्ट्रॉन वेवफंक्शन को मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल कहते हैं, और यही तय करते हैं कि अणु रोशनी कैसे सोखता है और उसकी रासायनिक क्रियाएँ कैसे चलती हैं। नतीजे नेचर कम्युनिकेशंस में छपे हैं।

गोटिंगन यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर स्टेफान माथियास ने कहा, “वेवफंक्शन क्वांटम यांत्रिकी की बुनियादी राशि है। फिर भी इसे सीधे देखा या मापा नहीं जा सकता।” इसलिए टीम ने एक अप्रत्यक्ष तकनीक अपनाई, जिसे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी कहते हैं। यह अणु से निकले इलेक्ट्रॉनों का संवेग मापती है। इससे वेवफंक्शन की हालत बदले बिना उसका आधा हिस्सा मिल जाता है। बाकी आधा हिस्सा उन्नत कंप्यूटर एल्गोरिदम ने दोबारा तैयार किया।

इससे पूरे मॉलिक्यूलर ऑर्बिटल की तस्वीर बनी, जिसमें उस अणु के कार्बन परमाणुओं के बीच की दूरी से भी छोटी बारीकियाँ अलग-अलग पहचानी जा सकती हैं। अब तक इस तरीके को तीन आयामों तक ले जाने के लिए बड़ी सिंक्रोट्रॉन सुविधाओं में लंबी माप करनी पड़ती थी। इसी वजह से इस तकनीक को व्यापक रूप से इस्तेमाल करना मुश्किल था, और वेवफंक्शन का त्रि-आयामी वीडियो बनाने में यह और भी बड़ी अड़चन थी।

अध्ययन के सह-नेतृत्वकर्ता डॉ. मथाइस यानसन ने कहा, “हम दो नई अवधारणाएँ ला रहे हैं। पहली, कंप्यूटर एल्गोरिदम को जड़ से नए सिरे से बनाने के कारण अब बहुत कम प्रयोगात्मक डेटा से भरोसेमंद 3D तस्वीरें मिल सकती हैं। दूसरी, यह प्रयोग प्रयोगशाला में रखे ताकतवर सॉफ्ट एक्स-रे स्रोत पर आधारित है, जो रोशनी की बेहद छोटी पल्स देता है। इन दोनों तकनीकों का मेल ही यह असर पैदा करता है।”

अध्ययन की पहली लेखिका डॉ. वीब्के बेनेके ने कहा कि यह तकनीक स्ट्रोबोस्कोपिक वीडियोग्राफी को हकीकत बना सकती है। इसमें तेजी से लिए गए ठहरे हुए फ्रेम जोड़कर चलती तस्वीर बनाई जाती है। इससे फेम्टोसेकंड के स्तर पर वेवफंक्शन को बदलते हुए देखा जा सकेगा, यानी सेकंड के एक क्वाड्रिलियनवें हिस्से के पैमाने पर। तब यह समझा जा सकेगा कि अणु रोशनी, इलेक्ट्रॉनिक या रासायनिक बदलावों के साथ खुद को कैसे ढालता है।