ಒಂದು ಮಹತ್ವದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ, ಯಾಂತ್ರಿಕ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಲೋಹವು ಬೆಳಕಿನೊಂದಿಗೆ ಹೇಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಸಕ್ರಿಯವಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಬೆಂಗಳೂರಿನ ಸಂಶೋಧಕರು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟಿದ್ದಾರೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಲೋಹಗಳ ದೃಗ್ವೈಜ್ಞಾನಿಕ (ಆಪ್ಟಿಕಲ್) ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಬದಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ ಎಂಬ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ದಶಕಗಳಷ್ಟು ಹಳೆಯದಾದ ಊಹೆಯನ್ನು ತಲೆಕೆಳಗಾಗಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಗುಣಮಟ್ಟದ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (ಅರೆವಾಹಕ) ತಯಾರಿಕೆಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುವ ಮರುಸಂರಚಿಸಬಹುದಾದ, ಪ್ರೋಗ್ರಾಮೆಬಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಹೊಸ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ತೆರೆದಿದೆ.

ಲೋಹಗಳು ಬೆಳಕನ್ನು ಅದರ ತರಂಗಾಂತರಕ್ಕಿಂತ ತೀರಾ ಸಣ್ಣದಾದ ಪರಿಮಾಣಗಳಲ್ಲಿ ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವ ಮತ್ತು ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು 'ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ರೆಸೋನೆನ್ಸ್' (ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ಅನುರಣನ) ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಗಮನಾರ್ಹ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಸೆನ್ಸಿಟಿವ್ ರಾಸಾಯನಿಕ ಸಂವೇದಕಗಳು ಮತ್ತು ಕ್ಯಾನ್ಸರ್ ರೋಗನಿರ್ಣಯದಿಂದ ಹಿಡಿದು ಉಪ-ತರಂಗಾಂತರದ ಫೋಟೋನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಗಳು ಮತ್ತು ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ ಆಧಾರಿತ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಘಟಕಗಳವರೆಗಿನ ವ್ಯಾಪಕ ಶ್ರೇಣಿಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಿಗೆ ಆಧಾರವಾಗಿದೆ. ಈ ನಡವಳಿಕೆಯ ಕೇಂದ್ರಭಾಗದಲ್ಲಿ ಲೋಹದ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಆವರ್ತನ  ಅಡಗಿದೆ, ಇದು ಅದರ ಮುಕ್ತ-ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿದ ನಂತರ ಇದನ್ನು ಸ್ಥಿರವೆಂದು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗಿತ್ತು. ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ಲಾಸ್ಮೋನಿಕ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪರೋಕ್ಷವಾಗಿ ಸರಿಹೊಂದಿಸಲು ನ್ಯಾನೋಸ್ಟ್ರಕ್ಚರಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದರೂ, ಯಾಂತ್ರಿಕ ವಿರೂಪತೆಯ ಮೂಲಕ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಆವರ್ತನವನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಮಾರ್ಪಡಿಸುವುದು ಇದುವರೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಅನ್ವೇಷಿಸಲ್ಪಡದೆ ಉಳಿದಿತ್ತು.

ಕೇಂದ್ರ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಇಲಾಖೆಯ (ಡಿ ಎಸ್ ಟಿ) ಸ್ವಾಯತ್ತ ಸಂಸ್ಥೆಯಾದ ಜವಾಹರಲಾಲ್ ನೆಹರು ಸುಧಾರಿತ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಸಂಶೋಧನಾ ಕೇಂದ್ರದ (ಜೆ ಎನ್ ಸಿ ಎ ಎಸ್ ಆರ್) ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು, ಪ್ಲಾಸ್ಮೋನಿಕ್ ನಡವಳಿಕೆಯ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡದ ಪಾತ್ರವನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಅಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ ಟೈಟಾನಿಯಂ ನೈಟ್ರೈಡ್ (ಟಿಐಎನ್) ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸಿರುವರು. ಟಿಐಎನ್  (TiN) ಎನ್ನುವುದು ಚಿನ್ನದಂತಹ ಪ್ಲಾಸ್ಮೋನಿಕ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ, ಉತ್ತಮ ಉಷ್ಣ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಮೆಟಲ್-ಆಕ್ಸೈಡ್-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ (ಸಿಎಂಒಎಸ್) ಚಿಪ್ ತಯಾರಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಒಂದು ವಕ್ರೀಕಾರಕ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ. ಇತರ ಎಲ್ಲ ರೀತಿಯಲ್ಲೂ ಒಂದೇ ಆಗಿರುವ ಎರಡು 10-ನ್ಯಾನೋಮೀಟರ್ ದಪ್ಪದ ಟಿಐಎನ್  ಫಿಲ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸಲಾಯಿತು, ಅದರಲ್ಲಿ ಒಂದನ್ನು ಮೆಗ್ನೀಸಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ (MgO) ಸಬ್ಸ್ಟ್ರೇಟ್ನ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡ-ರಹಿತವಾಗಿ  ಬೆಳೆಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಸ್ಫಟಿಕ ಜಾಲರಿಯ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಸ್ಕ್ಯಾಂಡಿಯಂ ನೈಟ್ರೈಡ್ (Al0.3Sc0.7N) ಬಫರ್ ಪದರದಿಂದ ಪ್ರೇರೇಪಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ನಿಯಂತ್ರಿತ ಇನ್-ಪ್ಲೇನ್ ಟೆನ್ಸೈಲ್ ಸ್ಟ್ರೈನ್ (ಒತ್ತಡಕ್ಕೆ)ಗೆ ಒಳಪಡಿಸಲಾಯಿತು.

ಚಿತ್ರ: ಅಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ರೆಸೋನೆನ್ಸ್ನ ಯಾಂತ್ರಿಕ ನಿಯಂತ್ರಣದ  ವಿವರಣೆ.

ಸ್ಕ್ಯಾನಿಂಗ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಮಿಷನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪ್ ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಎನರ್ಜಿ ಲಾಸ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (ಇಇಎಲ್ ಎಸ್) ಬಳಸಿ, ಪ್ರೊ. ಬಿವಾಸ್ ಸಹಾ ಅವರ ತಂಡದ ದೀಕ್ಷಾ ದಾಧಿಚ್ ಮತ್ತು ಸಹ-ಕಾರ್ಯಕರ್ತರು ಎರಡೂ ಫಿಲ್ಮ್ಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾದ  ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ರೆಸೋನೆನ್ಸ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಮ್ಯಾಪ್ (ಚಿತ್ರಣ) ಮಾಡಿದ್ದಾರೆ. ಒತ್ತಡಕ್ಕೆ ಒಳಗಾದ ಟಿಐಎನ್  ಫಿಲ್ಮ್, ಒತ್ತಡ-ರಹಿತ ಫಿಲ್ಮ್ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಅದರ ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ರೆಸೋನೆನ್ಸ್ನಲ್ಲಿ 0.30–0.45 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್ ಗಳಷ್ಟು ಎದ್ದುಕಾಣುವ ಬ್ಲೂ ಶಿಫ್ಟ್   ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು. ಇದು ವಸ್ತುವಿನೊಳಗಿನ ಸ್ಥಳೀಯ ಒತ್ತಡದ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಿದ ದೊಡ್ಡ ಮತ್ತು ಪ್ರಾದೇಶಿಕವಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಶಿಫ್ಟ್ ಆಗಿದೆ. ಸ್ಕ್ರೀನ್ಡ್ ಮತ್ತು ಅನ್ಸ್ಕ್ರೀನ್ಡ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮನ್ ಮೋಡ್ಗಳು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಸ್ಥಳಾಂತರಗೊಂಡವು, ಇದು ಒತ್ತಡವು ಲೋಹದ ಆಂತರಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಮಾರ್ಪಡಿಸುತ್ತಿದೆ ಎಂಬುದಕ್ಕೆ ಬಲವಾದ ಪುರಾವೆಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸಿತು.

ಈ ಪರಿಣಾಮದ ಮೂಲವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ತಂಡವು ಮೊದಲ-ತತ್ವಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಸಿದ್ಧಾಂತ  (ಫಸ್ಟ್-ಪ್ರಿನ್ಸಿಪಲ್ಸ್ ಡೆನ್ಸಿಟಿ ಫಂಕ್ಷನಲ್ ಥಿಯರಿ -ಡಿಎಫ್ ಟಿ) ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿತು. ಇದು ಟೆನ್ಸೈಲ್ ಒತ್ತಡವು ಟಿಐಎನ್ ನಲ್ಲಿ ನೈಟ್ರೋಜನ್ ಖಾಲಿಜಾಗಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವ್ಯವಸ್ಥಿತವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸಿತು. ಈ ಖಾಲಿಜಾಗಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ದಾನಿಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಮುಕ್ತ-ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಆ ಮೂಲಕ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಪ್ರಯೋಗದ ಮೂಲಕ ಗಮನಿಸಿದ ಬ್ಲೂ ಶಿಫ್ಟ್ ಅನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಎಲಿಪ್ಸೋಮೆಟ್ರಿ ಮತ್ತು ಹೈ-ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್ ಅಳತೆಗಳು ಈ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ದೃಢೀಕರಣವನ್ನು ಒದಗಿಸಿವೆ.

"ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ಲಾಸ್ಮೋನಿಕ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ಒತ್ತಡವು ಒಂದು ಶಕ್ತಿಯುತ ಮತ್ತು ಹಿಂದೆ ಅಷ್ಟಾಗಿ ಅನ್ವೇಷಿಸದ ನಿಯಂತ್ರಣ ಗುಂಡಿಯಾಗಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಮ್ಮ ಕೆಲಸವು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಟಿಐಎನ್ ನಂತಹ ಸಿಎಂಒಎಸ್ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ವಸ್ತುವಿನ ದೃಗ್ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಯಾಂತ್ರಿಕವಾಗಿ ಪುನರಚಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು ಪ್ಲಾಸ್ಮೋನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಸ್ಥಿರ ವೇದಿಕೆಯಿಂದ ಸಕ್ರಿಯ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಗ್ರಾಮೆಬಲ್ ವೇದಿಕೆಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಆನ್-ಚಿಪ್ ಫೋಟೋನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸೆನ್ಸಿಂಗ್ಗೆ ಉತ್ತೇಜಕ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಬೀರುತ್ತದೆ," ಎಂದು ಜೆಎನ್ ಸಿಎಎಸ್ ಆರ್   ನ ಸಹ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು ಮತ್ತು ಪ್ರಮುಖ ಲೇಖಕರಾದ ಪ್ರೊ. ಬಿವಾಸ್ ಸಹಾ ಹೇಳಿದರು.

ಜೆಎನ್ ಸಿಎಎಸ್ ಆರ್  ಹೊರತಾಗಿ, ಆಸ್ಟ್ರೇಲಿಯಾದ ಸಿಡ್ನಿ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಡಾ. ಮ್ಯಾಗ್ನಸ್ ಗಾರ್ಬ್ರೆಕ್ಟ್, ವಿಜಯ್ ಭಾಟಿಯಾ ಮತ್ತು ಆಶಾಲತಾ ಇಂದಿರಾದೇವಿ ಕಮಲಾಸನನ್ ಪಿಳ್ಳೈ ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಭಾಗವಹಿಸಿದ್ದರು.

ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಪ್ರತಿಷ್ಠಿತ 'ನ್ಯಾನೋ ಲೆಟರ್ಸ್' (ಅಮೆರಿಕನ್ ಕೆಮಿಕಲ್ ಸೊಸೈಟಿ, 2026) ಜರ್ನಲ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿದೆ.

ಪ್ರಕಟಣೆಯ ಲಿಂಕ್: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01304

*****