विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का पहला त्रि-आयामी मानचित्र जो 200 एनएम से कम के घन की सतह पर "चिपकता" है, इस बात पर ताजा प्रकाश डालता है कि सामग्री नैनोस्केल पर गर्मी को कैसे नष्ट करती है। फ्रांस और ऑस्ट्रिया के शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त की गई छवियां, क्यूब की सतह के पास सतह फोनन पोलारिटोन के रूप में ज्ञात इन्फ्रारेड फोटॉन जैसी उत्तेजनाओं की उपस्थिति को प्रकट करती हैं - एक ऐसी घटना जिसका उपयोग नैनोइलेक्ट्रॉनिक घटकों से अपशिष्ट गर्मी को दूर ले जाने और उन्हें ठंडा करने के लिए किया जा सकता है।
फोनन कण-जैसे सामूहिक कंपन उत्तेजना (या परमाणु कंपन) हैं जो आयनिक ठोस पदार्थों में होते हैं। वे दोलनशील विद्युत क्षेत्रों को जन्म देते हैं, जो ठोस की सतह पर फोटॉन के साथ जुड़कर सतह फोनन पोलारिटोन (एसपीएचपी) बनाते हैं। कंपन और फोटोनिक उत्तेजनाओं के ये संकर केवल किसी वस्तु की सतह पर पाए जाते हैं और इस प्रकार थोक सामग्रियों में इनका आमतौर पर बहुत कम महत्व होता है। हालाँकि, जैसे-जैसे वस्तुएँ सिकुड़ती हैं और उनका सतह-से-आयतन अनुपात बढ़ता है, उनका प्रभाव नाटकीय रूप से बढ़ जाता है।
एसपीएचपी मध्य-अवरक्त (3 से 8 मिमी) से लेकर दूर-अवरक्त (15 से 1000 मिमी) तरंग दैर्ध्य रेंज तक विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को भी केंद्रित करते हैं। यह गुण अणुओं की उन्नत (रमन) स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे अनुप्रयोगों में उनका उपयोग करना संभव बना सकता है।
निकट के मैदान की कल्पना करना
ऐसे सभी अनुप्रयोग नैनोसंरचित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र पर निर्भर करते हैं जो मेटामटेरियल्स या नैनोकणों की सतहों पर मौजूद होते हैं। हालाँकि, इस तथाकथित निकट क्षेत्र की कल्पना करना कठिन साबित हुआ है। इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईईएलएस) जैसी अग्रणी तकनीक, जो इन सतह क्षेत्रों का सामना करने पर खो जाने वाली ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को मापने का काम करती है, केवल 2डी रूपरेखा तैयार कर सकती है। अन्य तकनीकें क्षेत्र की 3डी छवियां उत्पन्न करने के लिए ईईएलएस के साथ संयोजन में परिष्कृत पुनर्निर्माण एल्गोरिदम का उपयोग करती हैं, लेकिन ये पहले दृश्यमान तरंग दैर्ध्य तक ही सीमित थीं।
नए काम में, मैथ्यू कोसियाक और सीएनआरएस/यूनिवर्सिटी पेरिस-सैकले के सहयोगियों के साथ जेराल्ड कोथलीटनर ग्राज़ यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी ने मैग्नीशियम ऑक्साइड (एमजीओ) के नैनोक्रिस्टल के आसपास के 3डी क्षेत्र की छवि बनाने के लिए टोमोग्राफिक ईईएलएस स्पेक्ट्रल-इमेजिंग नामक तकनीक के साथ कंप्यूटर मॉडल को जोड़ा। ऐसा करने के लिए, उन्होंने इलेक्ट्रॉन और फोटॉन स्पेक्ट्रोमाइक्रोस्कोपी के लिए विकसित एक नई पीढ़ी के स्कैनिंग-टनलिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसटीईएम) का उपयोग किया जो अल्ट्राहाई ऊर्जा और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ पदार्थ के ऑप्टिकल गुणों की जांच कर सकता है। उपकरण (एक संशोधित NION हर्मीस 200 जिसे "क्रोमेटम" कहा जाता है) 60 से 7 meV के बीच ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन के साथ एक बीम उत्पन्न करने के लिए एक मोनोक्रोमेटर के साथ 10-केवी इलेक्ट्रॉन बीम को फ़िल्टर करता है।
झुकाने की तकनीक
अपने नमूने में इस इलेक्ट्रॉन किरण को स्कैन करके, कोसियाक, कोथलीटनर और सहकर्मियों ने उच्च-कोण कुंडलाकार अंधेरे क्षेत्र की छवियां एकत्र कीं, जिससे एमजीओ नैनोक्यूब के आकार का पता चला। फिर उन्होंने नमूने को विभिन्न कोणों पर झुकाया, विभिन्न अभिविन्यासों में क्यूब की छवि बनाई और प्रत्येक स्कैन स्थिति में एक ईईएलएस स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड किया। अंत में, उन्होंने क्रिस्टल के आसपास के क्षेत्र की 3डी छवियां उत्पन्न करने के लिए छवि पुनर्निर्माण तकनीकों का उपयोग किया।
सरफेस फोनन पोलारिटोन गर्मी हस्तांतरण को बढ़ावा देते हैं
नया दृष्टिकोण, जिसका वे वर्णन करते हैं विज्ञान, अंततः क्रिस्टल पर विशिष्ट बिंदुओं को लक्षित करना और उनके बीच स्थानीयकृत गर्मी हस्तांतरण को मापना संभव बना देगा। चूंकि कई नैनो-ऑब्जेक्ट गर्मी हस्तांतरण के दौरान अवरक्त प्रकाश को अवशोषित करते हैं, इसलिए तकनीक को ऐसे हस्तांतरण की 3डी छवियां भी प्रदान करनी चाहिए। शोधकर्ताओं का कहना है, "नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स में बढ़ते छोटे घटकों में गर्मी अपव्यय को अनुकूलित करने के लिए यह अन्वेषण का एक तरीका है।"
टीम अब अधिक जटिल नैनोसंरचनाओं का अध्ययन करने के लिए अपनी तकनीक लागू करने की योजना बना रही है। हालाँकि, कोसियाक बताता है भौतिकी की दुनिया ऐसा संभव होने से पहले "कुछ सैद्धांतिक पहलुओं को अभी भी बेहतर ढंग से समझने की आवश्यकता है"।
स्रोत: https://physicsworld.com/a/surface-electromagnetic-fields-mapped-in-3d-at-the-nanoscale/
