লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি শট-আওয়াজ-সীমিত পরিমাপের কাছাকাছি চলে আসে

গবেষকরা লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে কোয়ান্টাম-শব্দ-সীমিত পরিমাপ অর্জনের এক ধাপ কাছাকাছি চলে এসেছেন - একটি কৌশল যা নিয়মিতভাবে অতি সংবেদনশীল নির্ভুলতার সাথে ন্যানোমেকানিকাল রেজোনেটরের মতো ক্ষুদ্র বস্তুর গতি এবং স্থানচ্যুতি সনাক্ত করার জন্য নিযুক্ত করা হয়। শট নয়েজ ব্যতীত অন্য সমস্ত শব্দের অবদান 92.6% থেকে 62.4% কমিয়ে, তারা 1.2 fm/Hz এর স্থানচ্যুতি সংবেদনশীলতা অর্জন করেছে^1/2. দলটি বলে যে ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণের উপর ভিত্তি করে যে কোনও অনুরণনকারীর জন্য এটি এখন পর্যন্ত রিপোর্ট করা সেরা মান।

হালকা তরঙ্গের হস্তক্ষেপ মাইক্রো- এবং ন্যানো-স্কেলে স্থানচ্যুতি পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রযুক্তিতে, একটি একক (লেজার) আলোর উত্স থেকে আলোকে দুটি বা ততোধিক বিমে বিভক্ত করা হয় যা বিভিন্ন অপটিক্যাল পাথ বরাবর ভ্রমণ করে। এই পথগুলি একটি হস্তক্ষেপ প্যাটার্ন তৈরি করতে পুনরায় একত্রিত হয়। যেহেতু লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি খুবই সংবেদনশীল, তাই এটি আল্ট্রালার্জ-স্কেল পরীক্ষামূলক সেটআপের জন্য ব্যবহৃত হয়েছে যেমন কিলোমিটার-আকারের LIGO ইন্টারফেরোমিটার, সেইসাথে মাইক্রো- এবং ন্যানো-মেকানিকাল রেজোনেটরের মতো আল্ট্রাসমল ডিভাইসগুলিতে। পরেরটি বিশেষভাবে আকর্ষণীয় কারণ এগুলি সেন্সিং, সিগন্যাল প্রসেসিং এবং গণনার মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। শাস্ত্রীয় পদার্থবিদ্যা এবং কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মধ্যে সীমানা অনুসন্ধানের জন্য মৌলিক গবেষণায়ও এগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে।

সমস্ত মাইক্রো- এবং ন্যানো-স্ট্রাকচারের মতো, এই অনুরণনগুলিতে অন্তর্নিহিত "যান্ত্রিক শব্দ" থাকে, যা ব্রাউনিয়ান-মোশন-নির্দেশিত থার্মোমেকানিকাল অনুরণন থেকে আসে। "এই শব্দটি ডিভাইসের গতির একটি গুরুত্বপূর্ণ সীমা উপস্থাপন করে," গবেষণা দলের নেতা ব্যাখ্যা করেন ম্যাক্স জেংহুই ওয়াং থেকে চীন এর বৈদ্যুতিন বিজ্ঞান এবং প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয়, "এবং এটি প্রায়শই এই যান্ত্রিক ডিভাইসগুলিতে সংকেত ট্রান্সডাকশনের নিম্ন সীমানা নির্ধারণ করে।"

মৌলিক গোলমাল

সাধারণত, থার্মোমেকানিকাল আওয়াজ 10-10 ক্রমে হয়² fm/Hz^1/2. তুলনা করার জন্য, একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর বোহর ব্যাসার্ধ হল 5.3 x 10⁴ fm পরিমাপের গোলমালের পটভূমি থেকে এই গোলমালের সমাধান করা তাই গবেষকদের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ, যাতে তাদের খুব সাবধানে সিগন্যাল ট্রান্সডাকশন প্রক্রিয়াটিকে অপ্টিমাইজ করতে হয়। লেজার ইন্টারফেরোমেট্রি অনেক মাইক্রো- এবং ন্যানো-মেকানিকাল রেজোনেটরের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যার মধ্যে 2D উপাদান এবং তাদের হেটেরোস্ট্রাকচারের উপর ভিত্তি করে যা কিছু পাতলা মানবসৃষ্ট কম্পনকারী কাঠামোর প্রতিনিধিত্ব করে।

"এই ডিভাইসগুলিতে, লেজারের সাথে যোগাযোগকারী চলমান অংশটি পরমাণুর একটি পৃথক স্তরের মতো পাতলা হতে পারে," ওয়াং ব্যাখ্যা করেন। "বিষয়টি হল যে এখনও কৌশলটির সংবেদনশীলতার সীমাবদ্ধতা রয়েছে, শট নয়েজ একটি মৌলিক বিষয়।"

শট নয়েজ হল কোয়ান্টাম শব্দের একটি রূপ যা ফোটনের কোয়ান্টাইজড প্রকৃতি থেকে উদ্ভূত হয়, যা একটি সীমিত মাত্রার অনিশ্চয়তার সাথে ফটোডিটেক্টরে পৌঁছায়। যদিও পরিমাপের অন্যান্য উত্সগুলি অপ্টিমাইজ করা নকশা এবং প্রকৌশলের মাধ্যমে হ্রাস করা যেতে পারে, শট নয়েজ একটি মৌলিক প্রক্রিয়া যা লেজার শক্তির উপর নির্ভর করে এবং শুধুমাত্র অত্যন্ত জটিল ডিজাইন ব্যবহার করে প্রশমিত করা যেতে পারে।

"একটি পরিমাপে যেখানে অন্যান্য সমস্ত শব্দের উত্সগুলিকে ন্যূনতম করা হয়েছে এবং শট নয়েজ প্রাধান্য পেয়েছে, এটিকে শট-আওয়াজ সীমিত বা কোয়ান্টাম-আওয়াজ সীমিত বলা হয়," ওয়াং বলেছেন।

শট-আওয়াজ সীমার দিকে

তাদের কাজে যা বিস্তারিত আছে চীনা পদার্থবিদ্যা চিঠি, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে তারা 2D ক্যালসিয়াম নিওবেট (CaNb) এর উপর ভিত্তি করে একটি ন্যানোমেকানিকাল অনুরণনে শট-আওয়াজ সীমার প্রতি পরিমাপের সংবেদনশীলতা উন্নত করতে পারে₂O₆) তাদের দৃষ্টিভঙ্গি একের পর এক সিস্টেমে উপস্থিত বিভিন্ন শব্দ প্রক্রিয়াকে চিহ্নিত করা জড়িত।

প্রথমত, তারা কোন ইনপুট সংযুক্ত না করে পরিমাপ যন্ত্র (একটি বর্ণালী বিশ্লেষক) চালু করে এবং এর শব্দ বর্ণালী রেকর্ড করে। এরপরে, তারা একটি ফটোডিটেক্টর যুক্ত করেছিল, কিন্তু এতে কোন ঘটনার আলো পড়েনি, যা তাদের ডিটেক্টরের বৈদ্যুতিক শব্দকে চিহ্নিত করতে দেয়। তারপর, তারা লেজারের আলোকে ডিটেক্টরে আঘাত করার অনুমতি দেয় যাতে তারা লেজারের শব্দকে চিহ্নিত করতে পারে। তারা পরবর্তীতে লেজার শক্তি পরিমাপ করে শট শব্দ গণনা করতে পারে।

"অবশেষে, আমরা লেজারটিকে ফটোডিটেক্টরে পৌঁছানোর আগে ডিভাইস থেকে প্রতিফলিত করতে দিই," ওয়াং বলে ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. “এটি ডিভাইসের তাপীয় শব্দকে অন্যান্য সমস্ত শব্দ প্রক্রিয়ার উপরে দেখানোর অনুমতি দেয়। এই ধরনের ধাপে ধাপে চরিত্রায়ন গোলমাল বিশ্লেষণের চাবিকাঠি এবং আমাদের প্রতিটি শব্দ প্রক্রিয়াকে পৃথকভাবে মোকাবেলা করতে সক্ষম করে।"

“1.2 fm/Hz^1/2 অর্জিত সংবেদনশীলতা ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে পরিমাপ করা সমস্ত 2D অনুরণকের মধ্যে এখন পর্যন্ত সেরা মান,” তিনি যোগ করেন। "এবং যখন আমরা এখনও শট-শট-আওয়াজ-সীমাতে পৌঁছাইনি, নীতিগতভাবে আমাদের নতুন পদ্ধতি ব্যবহার করে এটিতে পৌঁছাতে আমাদের বাধা দেয় এমন কোনও শারীরিক আইন নেই।"

ন্যানোস্কেল ডিভাইসগুলিতে লুকিয়ে থাকা নতুন ধরণের শব্দ পাওয়া গেছে

ভবিষ্যতের কাজে, গবেষকরা নতুন কৌশল দ্বারা প্রদত্ত বর্ধিত সংবেদনশীলতা ব্যবহার করে ন্যানোমেকানিকাল ডিভাইসগুলিতে কোয়ান্টাম যান্ত্রিক গতি এবং তাপীয় গতির মধ্যে রূপান্তর অন্বেষণ করার পরিকল্পনা করেছেন।

"যেহেতু একটি ডিভাইস ঠান্ডা হয়ে যায়, তার তাপীয় গতির মাত্রাও কমে যায় এবং সনাক্ত করা কঠিন হয়ে যায়," ওয়াং বলেছেন। “কিছু সময়ে, তবে, তাপীয় ওঠানামা কোয়ান্টাম ওঠানামার পথ দেয়, যা তথাকথিত শূন্য-বিন্দু গতি দ্বারা নির্ধারিত হয়। এই ধরনের একটি ঘটনা পরিমাণগতভাবে ব্যবহার করে বর্ণনা করা যেতে পারে কোয়ান্টাম ফ্লাকচুয়েশন ডিসিপেশন থিওরেম এবং এটি দেখা যাচ্ছে যে 2D ন্যানোমেকানিকাল অনুরণনকারীদের জন্য, এই ধরনের একটি রূপান্তর তাপমাত্রা আজ আমাদের কাছে উপলব্ধ ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রার নাগালের মধ্যে রয়েছে।"

"নতুন অতি সংবেদনশীল কৌশলের সাথে, ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায় শব্দের গতি পরিমাপের সম্ভাব্যতা এখন আগের চেয়ে বাস্তবতার কাছাকাছি," ওয়াং যোগ করেছেন। "এটি গবেষকদের এই অনুরণিত ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি ব্যবহার করে কোয়ান্টাম এবং ক্লাসিক্যাল বিশ্বের মধ্যে সীমানা অন্বেষণ করার অনুমতি দেবে।"

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• প্লেটোব্লকচেন। Web3 মেটাভার্স ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/laser-interferometry-moves-closer-to-shot-noise-limited-measurements/