एक चिप की कल्पना करें जो इतनी पतली है कि आप मुश्किल से कुछ भी देख सकते हैं - जब तक कि आप उस पर विकृत प्रकाश न डालें। वैज्ञानिकों ने एक मेटासर्फेस विकसित किया है जो प्रकाश के ध्रुवीकरण के आधार पर दो अलग-अलग छवियों को छिपा और प्रकट कर सकता है।
यह तकनीक न केवल आंखों को धोखा देने के लिए सावधानीपूर्वक व्यवस्थित नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग करती है, बल्कि अगली पीढ़ी के एन्क्रिप्शन, बायोसेंसिंग और क्वांटम प्रौद्योगिकियों के द्वार भी खोलती है। अदृश्य वॉटरमार्क से लेकर दवा की शुद्धता का परीक्षण करने तक, यह सपाट उपकरण प्रकृति और विज्ञान के लंबे समय से छिपे रहस्यों को उजागर करने के लिए सहजता की मौलिक भौतिकी का उपयोग करता है।
अपने बाएं हाथ के दस्ताने को अपने दाहिने हाथ पर रखने की कोशिश करना काम नहीं करेगा क्योंकि दोनों दर्पण छवियां हैं - वे समान दिखते हैं लेकिन एक ही दिशा में संरेखित नहीं हैं। यह अवधारणा, जिसे "चिरैलिटी" के रूप में जाना जाता है, जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान में एक प्रमुख सिद्धांत है। प्रकृति में, अधिकांश डीएनए स्ट्रैंड और शर्करा दाएं हाथ के होते हैं, जबकि अधिकांश अमीनो एसिड बाएं हाथ के होते हैं। यदि किसी अणु की हस्तरेखा उलट दी जाए तो वह ठीक से काम करना बंद कर देता है। पोषक तत्व अप्रभावी हो सकते हैं और दवाएं अपना लाभ खो सकती हैं या खतरनाक भी हो सकती हैं।
प्रकाश की भी कुछ सहजता होती है। जब प्रकाश को गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत किया जाता है, तो इसका विद्युत क्षेत्र आगे की ओर घूमते हुए घूमता है, जिससे बाएं या दाएं हाथ का सर्पिल बनता है। चिरल सामग्री प्रकाश के प्रत्येक ध्रुवीकरण पर अलग-अलग प्रतिक्रिया करती है। किसी पदार्थ पर गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश चमकाने और प्रत्येक हेलिक्स के अवशोषण, प्रतिबिंब, या मंदता को मापने से, वैज्ञानिक पदार्थ की अपनी चिरलिटी के बारे में जान सकते हैं। लेकिन चूँकि ये अंतःक्रियाएँ अत्यंत सूक्ष्म हैं, इसलिए चिरायता को सटीक रूप से नियंत्रित करना एक लंबे समय से चली आ रही चुनौती रही है।
चिरल मेटासर्फेस पर अलग-अलग उन्मुख सुपरटॉम। छवि स्रोत: 2025 ईपीएफएल बायो-नैनोफोटोनिक सिस्टम प्रयोगशाला सीसी बाय एसए 4.0
अब, ईपीएफएल के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में बायोनैनोफोटोनिक सिस्टम की प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों ने, ऑस्ट्रेलिया के वैज्ञानिकों के सहयोग से, एक कृत्रिम ऑप्टिकल संरचना बनाई है जिसे "मेटासुरफेस" कहा जाता है: छोटे तत्वों (सुपरैटोम्स) की एक दो-आयामी जाली, जिसके चिरल गुणों को आसानी से ट्यून किया जा सकता है। क्रिस्टल जाली के भीतर मेटाटोम्स के अभिविन्यास को बदलकर, वैज्ञानिक यह नियंत्रित कर सकते हैं कि परिणामी मेटासतह ध्रुवीकृत प्रकाश के साथ कैसे संपर्क करती है।
"हमारा 'चिरल डिज़ाइन टूलकिट' अपनी सादगी में सुंदर है, फिर भी बहुत जटिल सुपरएटॉमिक ज्यामिति के माध्यम से प्रकाश को नियंत्रित करने के पिछले तरीकों की तुलना में अधिक शक्तिशाली है। इसके बजाय, हम सुपरएटॉमिक आकृतियों और मेटासर्फेस जाली समरूपता के बीच परस्पर क्रिया का फायदा उठाते हैं," बायोनैनोफोटोनिक्स प्रयोगशाला के प्रमुख हैटिस अल्टग बताते हैं।
नेचर कम्युनिकेशंस जर्नल में प्रकाशित नवाचार में डेटा एन्क्रिप्शन, बायोसेंसिंग और क्वांटम प्रौद्योगिकी में संभावित अनुप्रयोग हैं।
विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के अदृश्य मध्य-अवरक्त रेंज के लिए अनुकूलित मेटासर्फेस पर दो अलग-अलग छवियों को एक साथ एन्कोड किया गया है। छवि स्रोत: 2025 ईपीएफएल बायो-नैनोफोटोनिक सिस्टम प्रयोगशाला सीसी बाय एसए 4.0
जर्मेनियम और कैल्शियम डिफ्लुओराइड से बना टीम का मेटासर्फेस, सुपरएटम की एक क्रमिक व्यवस्था प्रदर्शित करता है जिसका अभिविन्यास चिप के साथ लगातार बदलता रहता है। इन मेटाटोम्स का आकार और कोण, साथ ही जाली समरूपता, ध्रुवीकृत प्रकाश के लिए मेटासतह की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए एक साथ काम करते हैं।
प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने एक साथ विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के अदृश्य मध्य-अवरक्त बैंड के लिए अनुकूलित मेटासुरफेस पर दो अलग-अलग छवियों को एन्कोड किया। ऑस्ट्रेलियाई कॉकटू की पहली छवि में, छवि डेटा को सुपरएटोमिक आकार (पिक्सेल का प्रतिनिधित्व) में एन्कोड किया गया था और अध्रुवीकृत प्रकाश का उपयोग करके डिकोड किया गया था। दूसरी छवि मेटाटोम्स के अभिविन्यास को एन्कोड करती है ताकि गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के संपर्क में आने पर, मेटासतह प्रतिष्ठित स्विस मैटरहॉर्न जैसा दिखाई दे।
बायोनैनोफोटोनिक सिस्टम्स लेबोरेटरी के एक शोधकर्ता इवान सिनेव ने कहा, "यह प्रयोग मानव आंखों के लिए अदृश्य डबल-लेयर 'वॉटरमार्क' उत्पन्न करने की हमारी तकनीक की क्षमता को प्रदर्शित करता है, जो उन्नत जालसाजी, छलावरण और सुरक्षा अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त करता है।"
एन्क्रिप्शन के अलावा, टीम की विधि में क्वांटम प्रौद्योगिकियों में संभावित अनुप्रयोग हैं, जिनमें से कई गणना के लिए ध्रुवीकृत प्रकाश पर निर्भर हैं। सतह के बड़े क्षेत्रों पर चिरल प्रतिक्रियाओं को मैप करने की क्षमता भी बायोसेंसिंग को सरल बना सकती है।
बायोनैनोफोटोनिक सिस्टम प्रयोगशाला के एक शोधकर्ता फेलिक्स रिक्टर ने कहा, "हम छोटी मात्रा के नमूनों में दवा सामग्री या शुद्धता जैसी जानकारी को समझने के लिए हमारे जैसे चिरल सुपरस्ट्रक्चर का उपयोग कर सकते हैं। प्रकृति चिरल है, और बाएं हाथ और दाएं हाथ के अणुओं को अलग करने की क्षमता महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दवाओं और विषाक्त पदार्थों के बीच अंतर कर सकती है।"
/scitechdaily से संकलित