لیزر جو اپنی فریکوئنسی کی پاکیزگی کو برقرار رکھتے ہوئے من مانی طور پر اعلی طاقتوں تک توسیع پذیر ہونا چاہئے امریکہ میں محققین نے تیار کیا ہے۔ ان کی ایجاد، جو ڈیرک سیمی کنڈکٹر جیسے گرافین میں الیکٹران کی طبیعیات کے ینالاگ پر انحصار کرتی ہے، اس مسئلے کو حل کرتی ہے جو لیزر کی ایجاد سے ہے۔ محققین کا خیال ہے کہ ان کا کام میکروسکوپک پیمانے پر کوانٹم میکانکس میں بنیادی نظریاتی دریافتوں کو بھی متاثر کرسکتا ہے۔
کوئی بھی لیزر بنیادی طور پر دو ضروری اجزاء پر مشتمل ہوتا ہے: ایک گہا اور ایک گین میڈیم - عام طور پر ایک سیمی کنڈکٹر، وضاحت کرتا ہے۔ بوبکر کانٹے یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے – ایک مقالے کے سینئر مصنف جو اس میں ظاہر ہوں گے۔ فطرت، قدرت لیزرز کی وضاحت. "سیمی کنڈکٹر تعدد کی ایک وسیع رینج کا اخراج کرتا ہے، اور گہا منتخب کرتا ہے کہ لیزنگ تھریشولڈ تک پہنچنے کے لیے کس فریکوئنسی کو بڑھایا جائے گا۔"
مسئلہ یہ ہے کہ کوئی بھی گہا لیزر کی نہ صرف زمینی حالت "بنیادی" تعدد کی حمایت کرے گا، بلکہ کئی اعلی تعدد پرجوش ریاستوں کو بھی سپورٹ کرے گا۔ لیزر کی طاقت کو بڑھانے کے لیے گہا کو سختی سے پمپ کرنا لامحالہ ان اعلی تعدد والی حالتوں کو لیزنگ تھریشولڈ کی طرف اکسانے کا رجحان رکھتا ہے۔ زیادہ طاقت والے لیزرز کو بڑے گہاوں کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن یہ تعدد کے گھنے سپیکٹرم کی حمایت کرتے ہیں۔
کوئی نہیں جانتا تھا کہ اس کے بارے میں کیا کرنا ہے۔
کانٹے کا کہنا ہے کہ "اگر فائدہ صرف بنیادی سے اوورلیپ ہوتا ہے، تو صرف بنیادی چیز ہی ختم ہو جائے گی، اور لوگ بغیر کسی پریشانی کے ہر وقت نانو لیزر بناتے ہیں۔" "لیکن اگر ہائی آرڈر موڈ قریب آتا ہے، تو آپ دونوں کے درمیان فرق نہیں کر سکتے اور وہ دونوں پیچھے رہ جائیں گے۔ یہ چھ دہائیوں پرانا مسئلہ ہے: ہر کوئی اسے جانتا ہے، اور کوئی نہیں جانتا کہ اس کے بارے میں کیا کرنا ہے۔
اب تک، یہ ہے. اگر بنیادی گہا موڈ حاصل کرنے والے میڈیم سے تمام توانائی کو جذب کرنے کے قابل تھا، محققین نے استدلال کیا، تمام اعلی ترتیب کے طریقوں کو دبا دیا جائے گا۔ روایتی لیزر کیویٹی میں مسئلہ یہ ہے کہ زمینی حالت کی لہر کا فعل گہا کے مرکز میں زیادہ سے زیادہ ہوتا ہے اور کناروں کی طرف صفر پر گر جاتا ہے۔ "کسی بھی سطح سے خارج ہونے والی لیزر میں، یا کسی بھی گہا میں جسے ہم آج تک جانتے ہیں...اس کنارے سے [بنیادی فریکوئنسی پر] کوئی لیزنگ نہیں ہے،" Kanté بتاتے ہیں؛ "اگر کنارے سے کوئی لیزنگ نہیں ہے تو، آپ کو وہاں بہت زیادہ فائدہ دستیاب ہے۔ اور اس کی وجہ سے سیکنڈ آرڈر موڈ کنارے پر رہتا ہے، اور بہت جلد لیزر ملٹی موڈ بن جاتا ہے۔
اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، کانٹے اور ساتھیوں نے فوٹوونک کرسٹل کا استعمال کیا۔ یہ متواتر ڈھانچے ہیں، جن میں الیکٹرانک سیمی کنڈکٹرز کی طرح "بینڈ گیپس" ہوتے ہیں - تعدد جس پر وہ مبہم ہوتے ہیں۔ الیکٹرانکس میں گرافین کی طرح، فوٹوونک کرسٹل عام طور پر اپنے بینڈ ڈھانچے میں ڈیرک کونز پر مشتمل ہوتے ہیں۔ اس طرح کے مخروط کی چوٹی پر ڈیرک پوائنٹ ہے، جہاں بینڈ گیپ بند ہو جاتا ہے۔
ہیکساگونل فوٹوونک کرسٹل
محققین نے ایک لیزر گہا ڈیزائن کیا جس میں ایک ہیکساگونل فوٹوونک کرسٹل جالی تھی جو کناروں پر کھلی ہوئی تھی، جس سے فوٹونز کو کرسٹل کے آس پاس کی جگہ میں لیک ہونے کا موقع ملا، مطلب یہ ہے کہ لہر کا فعل اس کے کنارے پر صفر تک محدود نہیں تھا۔ فوٹوونک کرسٹل میں صفر کی رفتار پر ڈیرک پوائنٹ تھا۔ چونکہ مومینٹم ویو ویکٹر کے متناسب ہے، اس لیے جہاز میں ویو ویکٹر صفر تھا۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ گہا نے واقعی ایک ایسے موڈ کو سپورٹ کیا جس کی قیمت پوری جالی پر واحد تھی۔ بشرطیکہ اس موڈ کی توانائی پر گہا پمپ کیا گیا ہو، کوئی بھی توانائی کبھی کسی دوسرے موڈ میں نہیں گئی، چاہے گہا کتنا ہی بڑا ہو۔ کانٹے بتاتے ہیں، "فوٹاون میں ہوائی جہاز میں کوئی رفتار نہیں ہے، اس لیے صرف ایک چیز باقی رہ گئی ہے کہ وہ عمودی طور پر فرار ہو جائے۔"
کانٹے کا کہنا ہے کہ محققین نے 19، 35 اور 51 سوراخوں پر مشتمل گہا بنائی: "جب آپ ڈیرک فریکوئنسی سنگولریٹی پر پمپ نہیں کر رہے ہوتے ہیں تو آپ کو متعدد چوٹیوں پر گرتے نظر آتے ہیں،" کانٹے کہتے ہیں۔ "Dirac singularity میں، یہ کبھی بھی ملٹی موڈ نہیں بنتا۔ فلیٹ موڈ اعلی آرڈر کے طریقوں کے لئے حاصل کو ہٹا دیتا ہے۔ نظریاتی ماڈلنگ سے پتہ چلتا ہے کہ ڈیزائن کو لاکھوں سوراخوں والی گہاوں کے لیے بھی کام کرنا چاہیے۔
ٹاپولوجیکل ماخذ اعلی اور متعدد مداری کونیی مومینٹا کے ساتھ روشنی خارج کرتا ہے۔
مستقبل میں، کانٹے کا خیال ہے کہ ان کی ٹیم کے تیار کردہ تصورات خود الیکٹرانکس میں اور عام طور پر میکروسکوپک دنیا میں کوانٹم میکانکس کی توسیع پذیری پر مضمرات ہوسکتے ہیں۔ "کوانٹم سائنس میں تمام چیلنج اسکیلنگ ہے،" وہ کہتے ہیں۔ "لوگ سپر کنڈکٹنگ کوئبٹس، پھنسے ہوئے ایٹموں، کرسٹل میں نقائص پر کام کر رہے ہیں… صرف ایک چیز جو وہ کرنا چاہتے ہیں وہ ہے پیمانہ۔ میرا دعویٰ یہ ہے کہ اس کا تعلق شروڈنگر مساوات کی بنیادی نوعیت سے ہے: جب نظام بند ہو جاتا ہے، اس کا پیمانہ نہیں ہوتا ہے۔ اگر آپ چاہتے ہیں کہ نظام کا پیمانہ ہو، تو سسٹم کو نقصان ہونا چاہیے،" وہ کہتے ہیں۔
لیانگ فینگ یونیورسٹی آف پنسلوانیا کا مزید کہنا ہے، "سنگل موڈ براڈ ایریا لیزر ان ہولی گریلز میں سے ایک ہے جس کا سیمی کنڈکٹر لیزر کمیونٹی فعال طور پر تعاقب کرتی ہے، اور اسکیل ایبلٹی سب سے اہم میرٹ ہے"۔ "[Kanté کا کام] صرف وہی ظاہر کرتا ہے جس کی لوگ تلاش کر رہے ہیں، اور یہ شاندار تجرباتی نتائج کی حمایت میں غیر معمولی توسیع پذیری کو ظاہر کرتا ہے۔ ظاہر ہے کہ اس حکمت عملی کو تبدیل کرنے کے لیے مزید کام کرنے کی ضرورت ہے، جس کا مظاہرہ آپٹیکل پمپڈ لیزرز میں، قابل عمل برقی طور پر انجیکشنڈ ڈائیوڈ لیزرز میں کیا گیا ہے، لیکن ہم امید کر سکتے ہیں کہ یہ کام اعلیٰ کارکردگی والے لیزرز کی نئی نسل کو متاثر کرے گا جو متعدد گیم تبدیل کرنے والی صنعتوں کو فائدہ پہنچا سکتا ہے۔ جیسے ورچوئل اور اگمینٹڈ ریئلٹی سسٹمز، LiDARs، ڈیفنس اور بہت سے دوسرے جہاں لیزر اہم کردار ادا کرتے ہیں۔
ٹیم نے اپنے آلے کو برکلے سرفیس ایمیٹنگ لیزر (برک ایس ای ایل) کا نام دیا ہے اور اسے ایک میں بیان کیا ہے۔ ان کے کاغذ کا غیر ترمیم شدہ پیش نظارہ ورژن جو فی الحال پر دستیاب ہے۔ فطرت، قدرت ویب سائٹ.
