एक ऐतिहासिक खोज ने हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन) से बना एक स्लैब वेवगाइड लॉन्च किया है, जो ऑप्टिकल डिवाइस प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए द्वि-आयामी सामग्रियों की क्षमता का प्रदर्शन करता है। यह नवाचार एक ऑप्टिकल वेवगाइड के रूप में हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड के अद्वितीय गुणों और 2डी सामग्रियों पर आधारित उपकरणों को बढ़ाने पर इसके व्यापक प्रभाव को उजागर करता है।
अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला (एनआरएल) ने कैनसस स्टेट यूनिवर्सिटी के सहयोग से द्वि-आयामी सामग्री हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड से बने प्लेट वेवगाइड की खोज की घोषणा की। यह ऐतिहासिक खोज एडवांस्ड मटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित हुई है।
द्वि-आयामी (2डी) सामग्री सामग्रियों का एक वर्ग है जिसे तथाकथित "स्कॉच टेप" विधि के माध्यम से परतों को अलग करने के लिए कमजोर इंटरलेयर या वैन डेर वाल्स आकर्षण का उपयोग करके यांत्रिक रूप से परतों को छीलकर एकल-परत सीमा तक कम किया जा सकता है। सबसे प्रसिद्ध द्वि-आयामी सामग्री, ग्राफीन, एक अर्ध-धात्विक सामग्री है जो कार्बन परमाणुओं की एक परत से बनी होती है। हाल ही में, सेमीकंडक्टिंग ट्रांज़िशन मेटल डी-डोपिंग (टीएमडी) और इंसुलेटिंग हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन) सहित अन्य 2डी सामग्रियों ने भी ध्यान आकर्षित किया है। जब सिंगल-लेयर सीमा के करीब लाया जाता है, तो 2डी सामग्रियों में अद्वितीय नैनोस्केल गुण होते हैं जो परमाणु रूप से पतले इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण के लिए आकर्षक होते हैं।
नोवेल सामग्री और अनुप्रयोग विभाग के डॉ. सैमुअल लागास ने कहा: "हम जानते थे कि हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड का उपयोग करने से हमारे नमूनों को उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण मिलेंगे, लेकिन हममें से किसी ने भी यह उम्मीद नहीं की थी कि यह वेवगाइड के रूप में भी कार्य करेगा। चूंकि बोरान नाइट्राइड का उपयोग द्वि-आयामी सामग्रियों पर आधारित उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है, इसलिए ऑप्टिकल वेवगाइड के रूप में इस नए उपयोग के व्यापक प्रभाव हो सकते हैं।"
ग्राफीन और टीएमडी सिंगल-लेयर सामग्री दोनों अपने आसपास के वातावरण के प्रति बेहद संवेदनशील हैं। इसलिए, शोधकर्ता इन सामग्रियों को निष्क्रियता परतों में लपेटकर संरक्षित करने का प्रयास करते हैं। यहीं पर बोरॉन हाइड्रोब्रोमाइड आता है: बोरॉन हाइड्रोब्रोमाइड परत ग्राफीन या टीएमडी परत के पास अशुद्धियों को "स्क्रीन" करने में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप शानदार गुण होते हैं। एनआरएल के नेतृत्व में हाल के काम में, ल्यूमिनसेंट टीएमडी परत के चारों ओर एचबीएन मोटाई को ऑप्टिकल वेवगाइड मोड का समर्थन करने के लिए सावधानीपूर्वक ट्यून किया गया था।
वेवगाइड प्रौद्योगिकी में प्रगति
एनआरएल शोधकर्ताओं ने "वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर" नामक दो-आयामी सामग्रियों को सावधानीपूर्वक एकत्रित किया। इन हेटरोस्ट्रक्चर में उनकी परत के कारण विशेष गुण होते हैं। एचबीएन शीट्स को मोलिब्डेनम डिसेलेनाइड या टंगस्टन डिसेलेनाइड जैसे टीएमडी की एक परत के आसपास रखा जाता है, जो दृश्यमान और निकट-अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करता है। एचबीएन प्लेट की मोटाई को सावधानीपूर्वक समायोजित किया जाता है ताकि उत्सर्जित प्रकाश एचबीएन के भीतर फंस जाए और तरंग निर्देशित हो। जब प्रकाश तरंग गाइड बोरॉन हाइड्राइड के किनारे तक पहुंचता है, तो यह बिखर जाता है और माइक्रोस्कोप द्वारा पता लगाया जाता है।
यह शोध 2डी टीएमडी के ऑप्टिकल माप के सामने आने वाली चुनौतियों से प्रेरित था। जब लेजर प्रकाश टीएमडी पर केंद्रित होता है, तो एक्सिटॉन नामक कण उत्पन्न होते हैं। अधिकांश एक्साइटन टीएमडी के तल के बाहर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, लेकिन कुछ टीएमडी में एक मायावी प्रकार का एक्साइटन मौजूद होता है, जिसे "डार्क" एक्साइटन कहा जाता है, जो टीएमडी के तल के भीतर प्रकाश उत्सर्जित करता है। एनआरएल का स्लैब वेवगाइड डार्क एक्साइटन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को पकड़ सकता है, जिससे उन्हें ऑप्टिकली अध्ययन करने का एक तरीका मिल जाता है।
लैगसे ने कहा, "द्वि-आयामी सामग्रियों में विशिष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं जो नौसेना के लिए बहुत उपयोगी होंगे।" "एक बड़ी चुनौती इन सामग्रियों को नुकसान पहुंचाए बिना मौजूदा प्लेटफार्मों से जोड़ना है - ये बोरान नाइट्राइड वेवगाइड उस लक्ष्य की ओर एक कदम हैं।"
एनआरएल शोधकर्ताओं ने बोरॉन हाइड्राइड वेवगाइड्स को चिह्नित करने के लिए दो विशेष प्रकार की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया। एक उपकरण ने शोधकर्ताओं को वेवगाइड में विभिन्न बिंदुओं पर उत्सर्जित फोटोल्यूमिनेशन को स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से हल करने की अनुमति दी। एक अन्य उपकरण ने उन्हें उत्सर्जित प्रकाश के कोणीय वितरण का निरीक्षण करने की अनुमति दी।
एनआरएल शोधकर्ताओं ने वेवगाइड का एक त्रि-आयामी विद्युत चुम्बकीय मॉडल भी विकसित किया। मॉडलिंग परिणाम शीट वेवगाइड का उपयोग करके भविष्य के 2डी उपकरणों को डिजाइन करने के लिए एक टूलकिट प्रदान करते हैं।
संकलित स्रोत: ScitechDaily