30 फेम्टोसेकंड में बनती छिपी इलेक्ट्रॉनिक अवस्था: जापानी वैज्ञानिकों की खोज

जापानी शोधकर्ताओं ने एक मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (धातु-कार्बनिक ढाँचा) पदार्थ के भीतर होने वाले असाधारण रूप से तेज़ इलेक्ट्रॉनिक बदलाव को रिकॉर्ड किया है। साइंस टोक्यो, तोहोकू विश्वविद्यालय और नागोया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की टीम ने पाया कि महज़ 30 फेम्टोसेकंड — यानी एक सेकंड के अरबवें हिस्से के दस लाखवें हिस्से — के भीतर एक अस्थायी मध्यवर्ती अवस्था और उसके बाद बनने वाली छिपी अवस्था सामने आती है। टीम ने अल्ट्राफास्ट लेज़र स्पेक्ट्रोस्कोपी को सैद्धांतिक गणनाओं के साथ जोड़कर इस बदलाव को चलाने वाली, पहले अज्ञात मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉनिक अवस्था खोज निकाली।

प्रकाश सोखने के बाद पदार्थ कभी-कभी अप्रत्याशित तरीके से व्यवहार करते हैं और 'फोटो-प्रेरित' अस्थायी अवस्था में चले जाते हैं, जिसके गुण सामान्य अवस्था से बहुत अलग होते हैं — यह गर्म या ठंडा करने जैसे पारंपरिक तरीकों से अलग, पदार्थ के व्यवहार को बदलने का एक और रास्ता देता है। लेकिन ऐसी अवस्था बनने के शुरुआती चरण फेम्टोसेकंड के पैमाने पर होते हैं, जिससे इन्हें देख पाना बेहद मुश्किल है।

साइंस टोक्यो के असिस्टेंट प्रोफ़ेसर ताडाहिको इशिकावा के नेतृत्व वाली टीम ने, उस समय पीएचडी छात्रा रहीं समीरन बानू (अब रिकेन में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता) और तोहोकू विश्वविद्यालय व नागोया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के सहयोगियों के साथ मिलकर, धातु आयनों और कार्बनिक अणुओं को जोड़कर बने एक मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क का अध्ययन किया। फिज़िकल रिव्यू लेटर्स पत्रिका में प्रकाशित इस अध्ययन में, छह फेम्टोसेकंड लंबे अति-लघु लेज़र पल्स से समय-विभेदित परावर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक का उपयोग करते हुए टीम ने पाया कि 30 फेम्टोसेकंड के भीतर पदार्थ का परावर्तन स्पेक्ट्रम नाटकीय रूप से बदल गया और एक नया प्रकाश-अवशोषण बैंड बना — जो यह दर्शाता है कि फोटो-प्रेरित छिपी अवस्था बन चुकी है।

मापों को सैद्धांतिक गणनाओं के साथ जोड़ने पर शोधकर्ताओं ने पाया कि प्रकाश सोखने के तुरंत बाद पदार्थ एक अस्थायी मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में चला जाता है, जिसमें पड़ोसी स्थलों के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन बारी-बारी से मज़बूत और कमज़ोर होते रहते हैं — इसे 'बॉन्ड-ऑर्डर वेव अवस्था' कहा जाता है। यह अवस्था बस थोड़ी देर टिकी, फिर परमाणुओं की स्थिति में छोटे बदलावों ने फोटो-प्रेरित छिपी अवस्था को जन्म दिया। सैद्धांतिक गणनाओं के अनुसार यह नई अवस्था ध्रुवीय (पोलर) हो सकती है — यानी धनात्मक और ऋणात्मक आवेश पदार्थ में असमान रूप से फैले हो सकते हैं।

"मध्यवर्ती अवस्थाओं को उजागर करके, हमारी विधि ऐसे पदार्थ डिज़ाइन करने में मदद कर सकती है जिन्हें प्रकाश से कुशलता से नियंत्रित किया जा सके," इशिकावा कहते हैं। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह खोज हाई-स्पीड इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए भविष्य के प्रकाश-प्रतिक्रियाशील पदार्थ बनाने में मदद कर सकती है, और वे इसी प्रयोगात्मक व सैद्धांतिक तरीक़े को अन्य पदार्थों पर भी आज़माने की योजना बना रहे हैं।