मोनोक्रिस्टलाइन सोना इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को दक्षता सीमा के करीब लाता है - फिजिक्स वर्ल्ड

सोना लंबे समय से बायोसेंसर, इमेजिंग सिस्टम, ऊर्जा हार्वेस्टर और सूचना प्रोसेसर जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की प्रकाश संवेदनशीलता को बढ़ाने का एक लोकप्रिय तरीका रहा है। अब तक, इस्तेमाल किया जाने वाला सोना पॉलीक्रिस्टलाइन होता है, लेकिन पिछले कुछ वर्षों में विभिन्न शोध समूहों ने मोनोक्रिस्टलाइन सोना बनाने की तकनीकों में सुधार किया है।

के नेतृत्व में शोधकर्ताओं अनातोली ज़ायट्स किंग्स कॉलेज लंदन, यूके और में गिउलिया टैगलीब्यू स्विट्जरलैंड में इकोले पॉलिटेक्निक फ़ेडेरेल डी लॉज़ेन में हैं अब रिपोर्टिंग इन नई मोनोक्रिस्टलाइन सोने की फिल्मों में इलेक्ट्रॉन पॉलीक्रिस्टलाइन सोने के इलेक्ट्रॉनों से काफी अलग व्यवहार करते हैं। ज़ायत्स बताते हैं, ''हमें ऐसे आश्चर्य हुए जिनकी हमें उम्मीद नहीं थी।'' भौतिकी की दुनिया. उनका कहना है कि मतभेद, अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण लाभ ला सकते हैं।

प्लास्मोनिक व्यावहारिकताएँ

सोना एक उपयोगी फोटोसेंसिटाइज़र बनाता है क्योंकि यह एक गुंजयमान प्रतिक्रिया का समर्थन करता है जिसमें आपतित प्रकाश का दोलनशील विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को सामूहिक रूप से आगे और पीछे धीमा कर देता है। इस सामूहिक गति को प्लास्मोन कहा जाता है, और जैसे ही दोलन चरण से बाहर आता है, प्लास्मोन में ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और सोने में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए छिद्रों में चली जाती है। ऊर्जा के इस हस्तांतरण के लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रॉन सामग्री के संतुलन तापमान की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी तापमान विकसित करते हैं। ये "गर्म" इलेक्ट्रॉन हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू करने, फोटॉन का पता लगाने, ऊर्जा को छिपाने आदि में बहुत उपयोगी होते हैं। मुख्य चुनौती उन्हें अपनी ऊर्जा खोने से पहले निकालना है।

अधिकांश भाग के लिए, सोने की फिल्में एक सब्सट्रेट पर सामग्री को छिड़क कर, पॉलीक्रिस्टलाइन माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण करके बनाई जाती हैं। यद्यपि मोनोक्रिस्टलाइन सोने को उगाने के लिए आवश्यक रासायनिक प्रक्रियाओं को कुछ समय से जाना जाता है, ज़ायत्स बताते हैं कि "इस दुनिया में कुछ भी मुफ्त में नहीं है", और व्यापार-बंद बहुत अधिक हैं। विशेष रूप से, 100 एनएम से कम मोटी मोनोक्रिस्टलाइन सोने की परतों के लिए, अधिकतम पार्श्व आयाम केवल कुछ माइक्रोमीटर हैं, जो अनुप्रयोगों को प्रतिबंधित करता है।

हालाँकि, पिछले कुछ वर्षों में, रासायनिक प्रक्रियाओं में इस हद तक सुधार हुआ है कि 20 एनएम से कम मोटाई वाले सैकड़ों माइक्रोमीटर तक फैले माइक्रोफ्लेक्स संभव हैं. इन सुधारों ने ज़ायत्स और उनके सहयोगियों को यह पता लगाने के लिए प्रेरित किया कि प्लास्मोनिक अनुप्रयोगों के लिए उनके क्या फायदे हो सकते हैं।

दोहरा झटका

मोनोक्रिस्टलाइन गोल्ड माइक्रोफ्लेक्स के संभावित लाभों की जांच करने के लिए, ज़ायत्स और उनके सहयोगियों ने पंप और जांच दालों का उपयोग करके पॉलीक्रिस्टलाइन और मोनोक्रिस्टलाइन संस्करणों की तुलना की, जो केवल फेमटोसेकंड के अंतर पर थे। इन स्पंदनों ने उन्हें गर्म इलेक्ट्रॉनों की अल्ट्राफास्ट क्षय प्रक्रियाओं की निगरानी करने में सक्षम बनाया। उन्होंने पाया कि मोनोक्रिस्टलाइन फ्लेक्स में इलेक्ट्रॉन अधिक समय तक गर्म रहते हैं, जबकि पॉलीक्रिस्टलाइन फ्लेक्स में, अनाज की सीमाओं की उपस्थिति के कारण अधिक इलेक्ट्रॉन बिखरने और अधिक ऊर्जा हानि होती है।

शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि वे मोनोक्रिस्टलाइन सोने से गर्म इलेक्ट्रॉनों को अधिक कुशलता से निकाल सकते हैं। चूँकि सोने की सतह पर आपतित इलेक्ट्रॉन के पूर्ण आंतरिक परावर्तन का कोण छोटा होता है, इसलिए पॉलीक्रिस्टलाइन सोने की सतह को जानबूझकर खुरदरा किया जाता है ताकि संभावना बढ़ जाए कि एक इलेक्ट्रॉन एक ऐसे कोण पर सतह से टकराएगा जो उसे बाहर निकलने और निकालने की अनुमति देता है। इसके विपरीत, मोनोक्रिस्टलाइन सोने की सतह परमाणु रूप से चिकनी थी, फिर भी इलेक्ट्रॉन निष्कर्षण की दक्षता 9% की सैद्धांतिक सीमा के करीब थी। शोधकर्ता इसका श्रेय लंबे समय तक गर्म इलेक्ट्रॉन जीवनकाल को देते हैं, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉनों को अत्यधिक ऊर्जावान अवस्था में सतह के साथ इतने अधिक मुठभेड़ होते हैं कि वे अंततः बच जाएंगे।

इसके विपरीत, ज़ायत्स का कहना है कि पॉलीक्रिस्टलाइन फिल्में दोहरी मार झेलती हैं। "इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा कम है और निष्कर्षण दक्षता कम है," वे कहते हैं। उन्होंने आगे कहा, जब उन्होंने पॉलीक्रिस्टलाइन और मोनोक्रिस्टलाइन फ्लेक्स की तुलना करने के लिए अपने प्रयोग शुरू किए, तो यह बिल्कुल भी स्पष्ट नहीं था कि ये प्रभाव इतने प्रभावशाली होंगे। दरअसल, टीम के कुछ लोगों ने प्रयोगों को अंजाम देने की बात पर ही सवाल उठाए।

मौलिक मतभेद

अध्ययन में और भी सूक्ष्म अंतर सामने आए। उदाहरण के लिए, शोधकर्ता इलेक्ट्रॉनों के अस्थिर वितरण के प्रभावों का पता लगाने में सक्षम थे जो सामग्रियों के इंटरफेस को धुंधला कर देते हैं, सरल "खिलौना" मॉडल में दिखाई देने वाली तेज सीमाओं को हटा देते हैं। ये अपवर्तक इलेक्ट्रॉन आसन्न सब्सट्रेट सामग्री में फोनन - जाली कंपन - के साथ बातचीत करते हैं। पतली सोने की फिल्मों के लिए ये अपवर्तक इलेक्ट्रॉन सोने की फिल्म में इलेक्ट्रॉनों का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं, इसलिए कुल मिलाकर इलेक्ट्रॉन अपनी ऊर्जा तेजी से खो देते हैं। हालाँकि, स्थिति इसके विपरीत है जब उत्तेजना लेजर शक्ति बढ़ जाती है क्योंकि वे अधिक गर्म होते हैं और ठंडा होने के लिए फोनन के साथ अधिक दस्तक लेते हैं।

परिणामों ने अतिरिक्त रूप से लंबे समय तक जीवित रहने वाले गर्म इलेक्ट्रॉनों के कारण बैंड संरचना में बदलाव का संकेत दिया। यद्यपि सिद्धांत सुझाव देता है कि गर्म इलेक्ट्रॉनों और गर्म इलेक्ट्रॉनों और जाली परमाणुओं के बीच आपसी बातचीत इस प्रभाव को जन्म दे सकती है, यह स्पष्ट नहीं था कि यह अध्ययन में मध्यम लेजर ऊर्जा पर ध्यान देने योग्य होगा। ज़ायत्स कहते हैं, "आप कल्पना कर सकते हैं कि यदि आपके पास उच्च शक्तियां हैं तो आप पिघलना शुरू कर देंगे।" "इन कम उत्तेजना शक्तियों पर इसका निरीक्षण करना दिलचस्प था।"

सोने के नैनोरोड दीर्घकालिक बायोसेंसिंग के लिए आदर्श उम्मीदवार हैं

पान वांगझेजियांग विश्वविद्यालय के एक ऑप्टिकल इंजीनियर, जो सीधे अध्ययन में शामिल नहीं थे, इसे "वास्तव में प्रभावशाली" बताते हैं। "ये परिणाम मोनोक्रिस्टलाइन धातुओं में गैर-संतुलन वाहक गतिशीलता की गहरी बुनियादी समझ के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं और उच्च प्रदर्शन वाले हॉट-कैरियर उपकरणों को डिजाइन करने के लिए एक उपयोगी दिशानिर्देश प्रदान करते हैं," वह बताते हैं। भौतिकी की दुनिया. हाल के काम का हवाला देते हुए यह दर्शाता है कि ऐसी फिल्में और भी पतली बनाई जा सकती हैं, उन्होंने कहा कि नैनोमीटर-मोटी मोनोक्रिस्टलाइन सोने में अल्ट्राफास्ट वाहक गतिशीलता की जांच करना भी "बहुत दिलचस्प" होगा।

में परिणाम दिखाई देते हैं संचार प्रकृति.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/monocrystalline-gold-brings-electronic-devices-near-the-efficiency-limit/