30 ஃபெம்டோசெகண்டில் தோன்றும் மறைந்த மின்னணு நிலை: ஜப்பான் கண்டுபிடிப்பு

ஒரு உலோக-கரிம கட்டமைப்பு (metal-organic framework) பொருளுக்குள் நிகழும் அபூர்வமான வேகமான மின்னணு மாற்றத்தை ஜப்பானிய ஆய்வாளர்கள் பதிவு செய்துள்ளனர். ஒரு நொடியில் பில்லியனில் ஒரு பங்கின் மில்லியன் ஒரு பங்கு அளவான 30 ஃபெம்டோசெகண்டுகளுக்குள், ஒரு தற்காலிக இடைநிலையும், அதைத் தொடர்ந்து ஏற்படும் மறைந்த நிலையும் உருவாவதை அறிவியல் டோக்கியோ, டோஹோகு பல்கலைக்கழகம், நகோயா தொழில்நுட்பக் கழகம் ஆகியவற்றின் ஆய்வுக் குழு கண்டறிந்துள்ளது. அதிவேக லேசர் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியையும் தத்துவார்த்தக் கணக்கீடுகளையும் இணைத்து, இந்த மாற்றத்தை இயக்கும் முன்னர் அறியப்படாத ஒரு இடைநிலை மின்னணு நிலையை குழு கண்டுபிடித்துள்ளது.

ஒளியை உள்வாங்கிய பின், பொருட்கள் சாதாரண நிலைமைகளில் காணப்படாத பண்புகளுடன், 'ஒளியால் தூண்டப்பட்ட நிலை' எனப்படும் தற்காலிக நிலைக்கு மாறுவது உண்டு — இது வெப்பமூட்டல் அல்லது குளிரூட்டல் போன்ற வழக்கமான முறைகளுக்கு அப்பால், பொருளின் பண்பை மாற்ற இன்னொரு வழியை அளிக்கிறது. ஆனால் இத்தகைய நிலை உருவாகும் ஆரம்ப கட்டங்கள் ஃபெம்டோசெகண்ட் அளவிலேயே நிகழ்வதால், அவற்றைக் கண்காணிப்பது மிகவும் கடினம்.

அறிவியல் டோக்கியோவின் உதவிப் பேராசிரியர் தடாஹிகோ இஷிகாவா தலைமையிலான குழு, அப்போது முனைவர் மாணவியாக இருந்த சமிரன் பானு (தற்போது RIKEN-இல் பிந்தைய முனைவர் ஆய்வாளர்) மற்றும் டோஹோகு பல்கலைக்கழகம், நகோயா தொழில்நுட்பக் கழக ஒத்துழைப்பாளர்களுடன் இணைந்து, உலோக அயனிகளையும் கரிம மூலக்கூறுகளையும் இணைத்து உருவாக்கப்படும் ஒரு உலோக-கரிம கட்டமைப்பைப் படிப்பாய்வு செய்தனர். Physical Review Letters இதழில் வெளியான இந்த ஆய்வில், ஆறு ஃபெம்டோசெகண்ட் நீளமுள்ள மிகக் குறுகிய லேசர் தூண்டல்களைப் பயன்படுத்தி நேரம் அடிப்படையிலான பிரதிபலிப்பு ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி நுட்பத்தால், 30 ஃபெம்டோசெகண்டுகளுக்குள் பொருளின் பிரதிபலிப்பு நிறமாலை பெரிதும் மாறி, புதிய ஒளி உட்கவர் பட்டை ஒன்று தோன்றியதைக் கண்டறிந்தனர் — இது ஒளியால் தூண்டப்பட்ட மறைந்த நிலை உருவானதைக் காட்டியது.

இந்த அளவீடுகளை தத்துவார்த்தக் கணக்கீடுகளுடன் இணைத்தபோது, ஒளியை உள்வாங்கிய உடனேயே பொருள் ஒரு தற்காலிக இடைநிலை மின்னணு நிலைக்குள் நுழைவதை ஆய்வாளர்கள் கண்டறிந்தனர்; இதில் அருகிலுள்ள தளங்களுக்கு இடையேயான மின்னணு பிணைப்புகள் மாறி மாறி வலுவாகவும் பலவீனமாகவும் மாறும் — இது 'பிணைப்பு-வரிசை அலை நிலை' என அழைக்கப்படுகிறது. இந்நிலை குறுகிய காலமே நீடித்தது; பின்னர் அணுக்களின் சிறு இட மாற்றங்கள், ஒளியால் தூண்டப்பட்ட மறைந்த நிலையை உருவாக்கின. புதிதாக உருவான இந்த நிலை 'துருவப்பட்டதாக' (polar) இருக்கக்கூடும் என தத்துவார்த்த கணக்கீடுகள் தெரிவிக்கின்றன — அதாவது, நேர் மற்றும் எதிர் மின்சுமைகள் பொருள் முழுவதும் சமமின்றி பரவியிருக்கலாம்.

"இடைநிலைகளை வெளிப்படுத்துவதன் மூலம், ஒளியால் திறம்பட கட்டுப்படுத்தக்கூடிய பொருட்களை வடிவமைக்க எங்கள் முறை உதவக்கூடும்," என இஷிகாவா கூறுகிறார். இந்த கண்டுபிடிப்பு, அதிவேக மின்னணுவியல் மற்றும் ஆப்டோஎலக்ட்ரானிக் சாதனங்களுக்கான எதிர்கால ஒளி-பதிலளிப்புப் பொருட்களை உருவாக்க உதவக்கூடும் என ஆய்வாளர்கள் கூறுகின்றனர்; இதே பரிசோதனை மற்றும் தத்துவார்த்த முறையை மற்ற பொருட்களுக்கும் விரிவுபடுத்தத் திட்டமிட்டுள்ளனர்.