बेंगलुरु के अनुसंधानकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हासिल करते हुए पहली बार यह दर्शाया है कि यांत्रिक तनाव देकर धातु की प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया को सक्रिय रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। यह खोज भौतिकी में दशकों पुरानी उस धारणा को उलट देती है कि धातुओं के प्रकाशीय गुण अपरिवर्तनीय होते हैं और मानक अर्धचालक के निर्माण के साथ पूरी तरह से संगत, पुन: विन्यास योग्य और प्रोग्रामेबल प्रकाशीय उपकरणों के निर्माण के लिए नए रास्ते खोलती है।

धातुएं प्रकाश को उसकी तरंगदैर्घ्य से कहीं छोटे आयतन में फंसाकर केंद्रित कर सकती हैं। इस प्रक्रिया को प्लाज्‍मन रिजोनेंस के नाम से जाना जाता है। यह उल्लेखनीय क्षमता अतिसंवेदनशील रासायनिक सेंसर और कैंसर निदान से लेकर उप-तरंगदैर्घ्य फोटोनिक सर्किट और मेटासर्फेस-आधारित ऑप्टिकल घटकों तक कई तकनीकों का आधार है। इस व्यवहार के मूल में धातु की प्लाज्‍मा आवृत्ति निहित है, जो उसके मुक्त-इलेक्ट्रॉन सांद्रण द्वारा निर्धारित होती है और परंपरागत रूप से सामग्री संरचना का चयन हो जाने के बाद इसे स्थिर माना जाता रहा है। हालांकि अनुसंधानकर्ताओं ने प्लाज्‍मनिक गुणों को अप्रत्यक्ष रूप से समायोजित करने के लिए नैनोस्ट्रक्चरिंग और डाइइलेक्ट्रिक इंजीनियरिंग का उपयोग किया है, लेकिन यांत्रिक विरूपण के माध्यम से प्लाज्‍मा आवृत्ति को प्रत्यक्ष रूप से संशोधित करना अब तक काफी हद तक पहुंच से बाहर रहा है।

विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, जवाहरलाल नेहरू उन्नत वैज्ञानिक अनुसंधान केंद्र (जेएनसीएएसआर) के वैज्ञानिकों ने प्लास्मोनिक व्यवहार पर तनाव की भूमिका को अलग करने के लिए एपिटैक्सियल अल्ट्राथिन टाइटेनियम नाइट्राइड (टीआईएन) फिल्मों का उपयोग किया। टीआईएन एक दुर्दम्य पदार्थ है जिसमें सोने के समान प्लास्मोनिक प्रतिक्रिया, उत्कृष्ट तापीय और रासायनिक स्‍थायित्‍व और पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (सीएमओएस) चिप निर्माण के साथ पूर्ण अनुकूलता होती है। दो समान 10 नैनोमीटर मोटी टीआईएन फिल्में विकसित की गईं, एक तनाव-मुक्त मैग्नीशियम ऑक्साइड (एमजीओ) सब्सट्रेट पर और दूसरी एल्यूमीनियम स्कैंडियम नाइट्राइड (Al _0.3 Sc _0.7 N) बफर परत द्वारा प्रेरित नियंत्रित इन-प्लेन तन्यता तनाव के अधीन, जिसका क्रिस्टल जाली स्थिरांक अधिक होता है।

स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईईएलएस) का उपयोग करते हुए, प्रो. बिवास साहा के समूह में दीक्षा दाधिच और उनके सहकर्मियों ने दोनों फिल्मों में लगभग परमाणु-स्तरीय स्थानिक रिजॉल्यूशन पर प्लाज्‍मन रिजोनेंस ऊर्जा का मापण किया। तनावग्रस्त टीआईएन फिल्म ने तनावरहित फिल्म की तुलना में अपने प्लाज्‍मन रिजोनेंस में 0.30-0.45 इलेक्ट्रॉन वोल्ट का स्पष्ट ब्लू शिफ्ट प्रदर्शित किया, जो एक बड़ा और स्थानिक रूप से हल किया गया शिफ्ट था और सामग्री के भीतर स्थानीय तनाव वितरण को दर्शाता था। स्क्रीन किए गए और बिना स्क्रीन किए गए दोनों प्लाज्‍मन मोड में लगातार बदलाव आया, जो इस बात का पुख्ता सबूत प्रदान करता है कि तनाव सीधे धातु की आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक प्रतिक्रिया को संशोधित कर रहा था।

इस प्रभाव के मूल कारण को समझने के लिए, टीम ने प्रथम-सिद्धांत घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) गणनाएं कीं, जिनसे पता चला कि तन्यता तनाव टीआईएन में नाइट्रोजन रिक्तियों के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा को व्यवस्थित रूप से कम करता है। ये रिक्तियां इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करती हैं, जिससे मुक्त-इलेक्ट्रॉन की सांद्रता बढ़ती है और इस प्रकार प्लाज्मा आवृत्ति बढ़ती है, जो प्रयोगात्मक रूप से देखे गए ब्लू शिफ्ट की व्याख्या करती है। स्पेक्ट्रोस्कोपिक एलिप्सोमेट्री और उच्च-रिजॉल्यूशन एक्स-रे विवर्तन मापों ने इस तंत्र की अतिरिक्त पुष्टि की।

जेएनसीएएसआर में एसोसिएट प्रोफेसर और इस शोध के सह-लेखक प्रो. बिवास साहा ने कहा, “हमारे अनुसंधान से पता चलता है कि धातुओं में प्लास्मोनिक गुणों को नियंत्रित करने के लिए स्ट्रेन एक शक्तिशाली और पहले कभी न खोजा गया नियंत्रण उपकरण है। टीआईएन जैसी सीएमओएस-संगत सामग्री की ऑप्टिकल प्रतिक्रिया को यांत्रिक रूप से पुनर्व्‍यस्थित करने की क्षमता प्लास्मोनिक्स को एक स्थिर मंच से एक सक्रिय और प्रोग्राम करने योग्य मंच में बदल देती है, जिसके ऑन-चिप फोटोनिक्स और ऑप्टिकल सेंसिंग के लिए रोमांचक निहितार्थ हैं।”

जेएनसीएएसआर के अलावा, ऑस्ट्रेलिया के सिडनी विश्वविद्यालय से डॉ. मैग्नस गारब्रेक्ट, विजय भाटिया और आशालता इंदिरादेवी कमलासनन पिल्लई ने भी इस अनुसंधान में भाग लिया।

यह अनुसंधान प्रतिष्ठित पत्रिका नैनो लेटर्स (अमेरिकन केमिकल सोसायटी, 2026) में प्रकाशित हुआ था।

प्रकाशन लिंक: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01304

****

पीके/केसी/एसकेएस/एमपी

(रिलीज़ आईडी: 2282079) आगंतुक पटल : 128