ஐன்ஸ்டைன் புதிர் வடிவில் அசாதாரண ஒளி திருப்பம் கண்டறிந்த டோக்கியோ ஆய்வாளர்கள்

டோக்கியோ பல்கலைக்கழகத்தின் தொழில்துறை அறிவியல் நிறுவனம் மற்றும் கூட்டு நிறுவனங்களைச் சேர்ந்த ஆய்வாளர்கள் ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பை வெளியிட்டுள்ளனர். 'ஐன்ஸ்டைன் புதிர்' எனப்படும் கணிதப் புதிருக்கு 2023-இல் கிடைத்த தீர்வான 'ஸ்மித் ஹேட்' ஓடு வடிவத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு, அவர்கள் நானோ அளவிலான ஒளியியல் அமைப்புகளை உருவாக்கினர். இவை, கண்ணாடிப் பிரதிபலிப்பு இல்லாததால் ஏற்படும் ஒரு திசைத் தன்மை கொண்ட — 'கைரல்' (chiral) எனப்படும் — அசாதாரண ஒளி விலகல் விளைவை உருவாக்கின. இந்த ஆய்வு நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸ் இதழில் வெளியாகியுள்ளது.

'ஐன்ஸ்டைன் புதிர்' என்பது, ஒரே ஒரு ஓடு வடிவத்தைக் கொண்டு ஒரு மேற்பரப்பை மீண்டும் மீண்டும் வராத அமைப்பில் முழுவதுமாக மூட முடியுமா என்ற கேள்வி. இப்படிப்பட்ட ஒரே வடிவ ஓட்டை 'மோனோடைல்' (monotile) என்பர்; தேனீக்கூடு, சதுரங்க பலகை போன்ற வழக்கமான அமைப்புகள் தொடர்ந்து மீளும், ஆனால் இந்த 'அபீரியாடிக் மோனோடைல்' மீளாமலேயே மேற்பரப்பை மூடும். 'ஹேட் ஓடு வடிவத்தில் சுவாரஸ்யமான விஷயம் என்னவென்றால், முதல் பார்வையில் ஒழுங்கற்றதாகத் தோன்றினாலும், அது உண்மையில் தேன்கூடு அமைப்பிலிருந்தே கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது' என்கிறார். இதைக் கூறியவர் முதன்மை ஆசிரியர் யூட்டோ மொரிடகே. 'இந்த தனித்துவமான வடிவம் ஏதேனும் எதிர்பாராத இயற்பியல் நிகழ்வுகளையும் உருவாக்குமா என்று நாங்கள் அறிய விரும்பினோம்' என்றும் அவர் தெரிவித்தார்.

இதைச் சோதிக்க, ஆய்வாளர்கள் எலக்ட்ரான்-கற்றை லித்தோகிராஃபி எனும் நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, சிலிக்கான் நைட்ரைடு படலங்களில் நானோ அளவிலான ஸ்மித் ஹேட் அமைப்புகளை உருவாக்கினர். பின்னர் அவற்றின் மீது லேசர் ஒளியைப் பாய்ச்சி, பொருளுடன் ஒளி மோதும்போது உருவாகும் வடிவங்களான 'டிஃப்ரக்‌ஷன்' (diffraction) அல்லது ஒளி விலகல் வடிவங்களை ஆய்வு செய்தனர். வழக்கமான குவாசிகிரிஸ்டல்களில் (quasicrystals) காணப்படும் தன்மைக்குப் பதிலாக, இந்த அமைப்புகள் தனித்துவமான 'பின்வீல்' (pinwheel) வடிவ ஒளி விலகல் வடிவங்களை உருவாக்கின. 'அமைப்பில் கண்ணாடிப் பிரதிபலிப்பு இல்லாததால், ஒளி விலகல் வடிவங்களே கைரல் தன்மை பெறுவதைக் கண்டோம்' என்று மூத்த ஆசிரியர் மசாயா நோடோமி விளக்குகிறார். 'இந்த வகை ஒளியியல் பதில், வழக்கமான குவாசிகிரிஸ்டல் பொருட்களில் காணப்படுவதிலிருந்து அடிப்படையிலேயே வேறுபட்டது' என்றும் அவர் கூறினார்.

இந்த விளைவு நிலையானதாக இல்லை; வரும் ஒளியின் திசையையோ முனைவையோ (polarization) மாற்றியபோது, ஒளி விலகல் வடிவமும் மாறியது. அமைப்புகளின் கண்ணாடிப் பிம்ப வடிவங்களை உருவாக்கியபோது, அதற்கேற்ப ஒளியியல் தன்மையும் தலைகீழாக மாறியது; இது சமச்சீரால் கட்டுப்படுத்தப்படும் ஒரு புதிய வகை பதிலை வெளிப்படுத்தியது. 'இந்த முடிவுகள், அரை-கால ஒழுங்கு மற்றும் கைரலிட்டியின் இணைவு குறித்த ஒரு புதிய ஆய்வுத் திசையைத் திறக்கின்றன' என்று மொரிடகே கூறினார். மோனோடைல் வடிவங்களால் ஈர்க்கப்பட்ட அமைப்புகள் எதிர்காலத்தில் ஒளியைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கும், முனைவைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கும், மேம்பட்ட ஒளியியல் சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கும் உதவலாம் என ஆய்வாளர்கள் நம்புகின்றனர்.

'அபீரியாடிக் மோனோடைல் அமைப்பிலிருந்து கைரல் ஒளி விலகல்' என்ற தலைப்பில் இந்த ஆய்வு வெளியானது. இதை யூட்டோ மொரிடகே, மசாடோ தகிகுச்சி, தகுமா ஐஹாரா மற்றும் மசாயா நோடோமி எழுதினர்; இது 2026 ஜூலை 29-இல் நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்டது.