Organic photorefractive materials
कार्बनिक प्रकाश अपवर्तक पदार्थ वे पदार्थ हैं जो प्रकाश के संपर्क में आने पर अपवर्तक सूचकांक में अस्थायी परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं। बदलते अपवर्तक सूचकांक के कारण प्रकाश की गति पूरी सामग्री में बदल जाती है और क्रिस्टल में प्रकाश और काले क्षेत्रों का उत्पादन होता है। बायोमेडिकल स्कैन और ऑप्टिकल कंप्यूटिंग में उपयोग के लिए होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन करने के लिए बिल्डअप को नियंत्रित किया जा सकता है। जिस आसानी से कार्बनिक पदार्थों में रासायनिक संरचना को बदला जा सकता है, वह प्रकाश अपवर्तक प्रभाव को अधिक नियंत्रणीय बनाता है। हालांकि प्रकाश अपवर्तक प्रभाव के पीछे की भौतिकी काफी समय से जानी जाती थी, लेकिन प्रभाव पहली बार 1967 में LiNbO3 में देखा गया था। तीस से अधिक वर्षों तक, इस प्रभाव को विशेष रूप से अकार्बनिक पदार्थों में देखा और अध्ययन किया गया, 1990 तक, जब एक अरैखिक कार्बनिक क्रिस्टल 2-(साइक्लोऑक्टिलामिनो)-5-नाइट्रोपाइरिडिन (सी. ओ. ए. एन. पी.) को 7,7,8 के साथ डोप किया गया, 8-टेट्रासाइनोक्विनॉडिमेथेन (टी. सी. एन. क्यू.) ने प्रकाश अपवर्तक प्रभाव का प्रदर्शन किया। भले ही अकार्बनिक सामग्री-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स वर्तमान बाजार पर हावी हैं, जैविक पीआर सामग्री में तब से बहुत सुधार हुआ है और वर्तमान में इन्हें अकार्बनिक क्रिस्टल का एक समान विकल्प माना जाता है। सिद्धांत दो घटनाएं हैं जो, जब एक साथ संयुक्त होती हैं, तो प्रकाश अपवर्तक प्रभाव पैदा करती हैं। ये फोटोकंडक्टिविटी हैं, जिन्हें पहली बार 1873 में विलोबी स्मिथ द्वारा सेलेनियम में देखा गया था, और पॉकल्स प्रभाव, जिसका नाम फ्रेडरिक कार्ल एल्विन पॉकल्स के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने 1893 में इसका अध्ययन किया था। फोटोकंडक्टिविटी एक ऐसी सामग्री का गुण है जो विद्युत आवेश वाहक का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त तरंग दैर्ध्य के आपतित प्रकाश की क्षमता का वर्णन करती है। एक आंतरिक अर्धचालक का फर्मी स्तर बैंड अंतराल के ठीक बीच में होता है। चालन पट्टी में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का घनत्व n और संयोजकता पट्टी में मुक्त छिद्रों का घनत्व समीकरणों के माध्यम से पाया जा सकता हैः और जहां NC और NV क्रमशः चालन पट्टी के नीचे और संयोजकता पट्टी के शीर्ष पर अवस्थाओं का घनत्व हैं, ईसी और ईवी संबंधित ऊर्जाएं हैं, EF फर्मी स्तर है, kB बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है और T निरपेक्ष तापमान है। अर्धचालक या डोपिंग में अशुद्धियों को जोड़ने से अतिरिक्त छेद या इलेक्ट्रॉन पैदा होते हैं, जो पर्याप्त घनत्व के साथ, अशुद्धियों की स्थिति में फर्मी स्तर को पिन कर सकते हैं। एक पर्याप्त ऊर्जावान प्रकाश आवेश वाहक को इतना उत्तेजित कर सकता है कि वे शुरू में खाली स्थानीय स्तरों को आबाद करेंगे। फिर, चालन और/या संयोजकता पट्टी में मुक्त वाहकों का घनत्व बढ़ेगा। इन परिवर्तनों के लिए, स्थिर-अवस्था फर्मी स्तरों को इलेक्ट्रॉनों के लिए EFn और छेद के लिए-EFp के रूप में परिभाषित किया गया है। घनत्व n और h हैं, फिर EFn और EFp के बीच स्थानीयकृत अवस्थाओं को 'फोटोएक्टिव सेंटर' के रूप में जाना जाता है। आवेशित वाहक लंबे समय तक इन अवस्थाओं में रहते हैं जब तक कि वे एक विपरीत आवेशित वाहक के साथ पुनः संयोजित नहीं हो जाते। हालाँकि, ई. एफ. एन.-ई. एफ. पी. ऊर्जा के बाहर के राज्य अपने आवेश वाहक को निकटतम विस्तारित अवस्थाओं में छोड़ देते हैं। पदार्थ की चालकता पर आपतित प्रकाश का प्रभाव प्रकाश और पदार्थ की ऊर्जा पर निर्भर करता है। अलग-अलग डोप्ड सामग्री में कई अलग-अलग प्रकार के फोटोएक्टिव केंद्र हो सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक के लिए एक अलग गणितीय उपचार की आवश्यकता होती है। हालांकि, केवल एक प्रकार के चार्ज वाहक और एक प्रकार के फोटोएक्टिव केंद्र के साथ एक सामग्री में आपतित प्रकाश और चालकता के बीच संबंध दिखाना बहुत मुश्किल नहीं है। इस तरह की सामग्री की गहरी चालकता इस प्रकार दी जाती है जहाँ σd चालकता है, e = इलेक्ट्रॉन आवेश, ND और N कुल प्रकाश सक्रिय केंद्रों और आयनित खाली इलेक्ट्रॉन ग्रहणकर्ता अवस्थाओं के घनत्व हैं, क्रमशः, β तापीय प्रकाश इलेक्ट्रॉन उत्पादन गुणांक है, μ गतिशीलता स्थिरांक है और τ प्रकाश इलेक्ट्रॉन जीवनकाल है। फोटोकंडक्टिविटी के लिए समीकरण β के लिए आपतित प्रकाश के मापदंडों को प्रतिस्थापित करता है और जिसमें s फोटोइलेक्ट्रॉन उत्पादन के लिए प्रभावी क्रॉस-सेक्शन है, h प्लैंक स्थिरांक है, ν आपतित प्रकाश की आवृत्ति है, और I = I0e − αz शब्द जिसमें I0 आपतित विकिरण है, z क्रिस्टल मोटाई के साथ निर्देशांक है और α प्रकाश तीव्रता हानि गुणांक है। विद्युत-प्रकाशिक प्रभाव एक विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में दी गई सामग्री के प्रकाशिक गुणों का परिवर्तन है। कई अलग-अलग घटनाएं होती हैं, जो सभी इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभाव के उपसमूह में होती हैं, और पॉकेल्स प्रभाव इन घटनाओं में से एक है। अनिवार्य रूप से, पॉकेल्स प्रभाव एक लागू विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रेरित सामग्री के अपवर्तक सूचकांक का परिवर्तन है। किसी पदार्थ का अपवर्तक सूचकांक वह कारक है जिसके द्वारा निर्वात में प्रकाश के वेग के सापेक्ष चरण वेग कम हो जाता है। एक सूक्ष्म पैमाने पर, इस तरह की कमी आपतित प्रकाश के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अधीन होने के बाद प्रत्येक परमाणु के आवेश में गड़बड़ी के कारण होती है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों के चारों ओर घूमते हैं, कुछ ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंग के रूप में उसी आवृत्ति पर लेकिन एक चरण विलंब के साथ जारी की जाती है। एक माध्यम में स्पष्ट प्रकाश इस तरह से जारी सभी तरंगों का एक सुपरपोजिशन है, और इसलिए परिणामी प्रकाश तरंग की तरंग दैर्ध्य कम होती है लेकिन समान आवृत्ति होती है और प्रकाश तरंग की चरण गति धीमी हो जाती है। सामग्री पॉकेल्स प्रभाव प्रदर्शित करेगी या नहीं, यह इसकी समरूपता पर निर्भर करता है। दोनों सेंट्रोसिमेट्रिक और गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक मीडिया पॉकेल्स, केर प्रभाव के समान प्रभाव प्रदर्शित करेंगे। अपवर्तक सूचकांक परिवर्तन विद्युत क्षेत्र शक्ति के वर्ग के समानुपाती होगा और इसलिए पॉकेल्स प्रभाव की तुलना में बहुत कमजोर होगा। यह केवल गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक सामग्री है जो पॉकेल्स प्रभाव को प्रदर्शित कर सकती हैः उदाहरण के लिए, लिथियम टैंटलाइट (त्रिकोणीय क्रिस्टल) या गैलियम आर्सेनाइड (जिंक-ब्लेंड क्रिस्टल); साथ ही विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कार्बनिक अणुओं के साथ पॉल्ड पॉलिमर। पॉकेल्स प्रभाव का गणितीय रूप से वर्णन करना संभव है, पहले सूचकांक दीर्घवृत्त को पेश करके-एक अवधारणा जो सामग्री के अपवर्तक सूचकांकों के अभिविन्यास और सापेक्ष परिमाण से संबंधित है। दीर्घवृत्त को परिभाषित किया जाता है जिसमें εi x, y, या z अक्ष के साथ सापेक्ष पारगम्यता है, और R कम विस्थापन सदिश है जिसे Di/के रूप में परिभाषित किया गया है जिसमें Di विद्युत विस्थापन सदिश है और W क्षेत्र ऊर्जा है। विद्युत क्षेत्र री में एक विरूपण को प्रेरित करेगा जिसके अनुसारः जिसमें ई लागू विद्युत क्षेत्र है, और रिज एक गुणांक है जो क्रिस्टल समरूपता और क्रिस्टल अक्षों के संबंध में समन्वय प्रणाली के अभिविन्यास पर निर्भर करता है। इनमें से कुछ गुणांक आमतौर पर शून्य के बराबर होंगे। कार्बनिक फोटोरेफ्रैक्टिव सामग्री सामान्य तौर पर, फोटोरेफ्रैक्टिव सामग्री को निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है, प्रत्येक मामले में श्रेणियों के बीच की सीमा तेज नहीं हो सकती है अकार्बनिक क्रिस्टल और यौगिक अर्धचालक कई क्वांटम कुएँ संरचनाएँ कार्बनिक क्रिस्टलीय सामग्री पॉलिमर फैलाव तरल क्रिस्टलीय सामग्री (पी. डी. एल. सी.) कार्बनिक अनाकार सामग्री इस शोध के क्षेत्र में, प्रारंभिक जांच मुख्य रूप से अकार्बनिक अर्धचालकों के साथ की गई थी। बी. ए. टी. आई. ओ. 3, के. एन. बी. ओ. 3, एल. आई. एन. बी. ओ. 3 जैसे अकार्बनिक क्रिस्टल की विशाल किस्में हैं और साहित्य में जी. ए. ए., आई. एन. पी., सी. डी. टी. ई. जैसे अकार्बनिक यौगिक अर्धचालकों की जानकारी दी गई है। कार्बनिक पदार्थों में पहला प्रकाश अपवर्तक (पी. आर.) प्रभाव 1991 में दर्ज किया गया था और फिर, कार्बनिक प्रकाश अपवर्तक पदार्थों के शोध ने अकार्बनिक पी. आर. अर्धचालकों की तुलना में हाल के वर्षों में प्रमुख ध्यान आकर्षित किया है। यह मुख्य रूप से लागत प्रभावशीलता, अपेक्षाकृत आसान सिंथेटिक प्रक्रिया और रासायनिक या संरचनात्मक परिवर्तनों के संशोधनों के माध्यम से ट्यूनेबल गुणों के कारण है। पॉलिमर या बहुलक मिश्रित पदार्थों ने 100% विवर्तन दक्षता के उत्कृष्ट प्रकाश अपवर्तक गुण दिखाए हैं। हाल ही में, कम कांच संक्रमण तापमान के अनाकार यौगिक अत्यधिक कुशल पीआर सामग्री के रूप में उभरे हैं। कार्बनिक पीआर सामग्री के इन दो वर्गों की भी ज्यादातर क्षेत्र में जांच की जाती है। इन मिश्रित सामग्रियों के चार घटक होते हैं-संवाहक सामग्री, संवेदी, क्रोमोफोर और अन्य डोपेंट अणु जिन पर पीआर प्रभाव के संदर्भ में चर्चा की जानी चाहिए। साहित्य के अनुसार, छेद चालकों की डिजाइन रणनीति मुख्य रूप से पी-प्रकार आधारित है और संवेदीकरण पर मुद्दों को एन-प्रकार के इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने वाली सामग्रियों पर जोर दिया जाता है, जो आमतौर पर मिश्रणों में बहुत कम सामग्री के होते हैं और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन चालन के लिए एक पूरक मार्ग प्रदान नहीं करते हैं। जैविक पीआर सामग्री पर हाल के प्रकाशनों में, इसकी मुख्य या साइड चेन में चार्ज परिवहन इकाइयों के साथ एक पॉलीमेरिक सामग्री को शामिल करना आम बात है। इस तरह, पॉलिमर प्रसंस्करण के कारणों के लिए पर्याप्त चिपचिपाहट के साथ परिणामी समग्र सामग्री प्रदान करने के लिए एक मेजबान मैट्रिक्स के रूप में भी कार्य करता है। अब तक साहित्य में प्रदर्शित अधिकांश अतिथि-मेजबान संयोजन छेद संचालन बहुलक सामग्री पर आधारित हैं। अधिकांश पॉलिमर पॉली-(एन-विनाइल कार्बाज़ोल) (पी. वी. के.) और पॉलीसिलोक्सेन (पी. एस. एक्स.) जैसे पॉलिमर वाले कार्बाज़ोल पर आधारित हैं। पी. वी. के. अनुप्रयोगों की विशाल किस्मों के लिए अच्छी तरह से अध्ययन की गई प्रणाली है। पॉलिमर में, चार्ज का परिवहन HOMO के माध्यम से किया जाता है और गतिशीलता बहुलक में मिश्रित डोपेंट की प्रकृति से प्रभावित होती है, यह डोपेंट की मात्रा पर भी निर्भर करती है जो अतिथि-मेजबान सामग्री के लिए समग्र के 50 वजन प्रतिशत से अधिक हो सकती है। जैसे-जैसे चार्ज-ट्रांसपोर्ट मोएटीज की सांद्रता कम होती जाती है, गतिशीलता कम होती जाती है, और डोपेंट की ध्रुवीयता और सांद्रता बढ़ जाती है। गतिशीलता के अलावा, बहुलक और संबंधित डोपेंट की आयनीकरण क्षमता का भी महत्वपूर्ण महत्व है। मिश्रणों के अन्य घटकों की आयनीकरण क्षमता के संबंध में बहुलक HOMO की सापेक्ष स्थिति सामग्री में बाहरी छेद जाल की सीमा निर्धारित करती है। टी. पी. डी. (टेट्राफिनाइल्डियामिनोफिनाइल) आधारित सामग्री कार्बाज़ोल आधारित (पी. वी. के.) सामग्री की तुलना में उच्च आवेश वाहक गतिशीलता और कम आयनीकरण क्षमता प्रदर्शित करने के लिए जानी जाती है। टी. पी. डी. आधारित पदार्थों की कम आयनीकरण क्षमता सामग्री की प्रकाश-चालकता को बहुत बढ़ाती है। यह आंशिक रूप से छेद संवाहक की बढ़ी हुई जटिलता के कारण है, जो एक इलेक्ट्रॉन दाता है, संवेदी एजेंटों के साथ, जो एक इलेक्ट्रॉन स्वीकारक है। आयनीकरण क्षमता को 5.9 ई. वी. (पी. वी. के.) से घटाकर 5.39 ई. वी. (टी. पी. डी. व्युत्पन्न पी. ए. टी. पी. डी.) करके फोटोजनरेशन दक्षता में 0.3% से 100% की नाटकीय वृद्धि दर्ज की गई। इसे पी. वी. के. और पी. ए. टी. पी. डी. की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं का उपयोग करके आरेख में योजनाबद्ध रूप से समझाया गया है। 2011 तक, जैविक प्रकाश अपवर्तक सामग्री का उपयोग करने वाले कोई वाणिज्यिक उत्पाद मौजूद नहीं हैं। वर्णित सभी अनुप्रयोग अटकलबाजी या अनुसंधान प्रयोगशालाओं में किए जाते हैं। होलोग्राम के उत्पादन के लिए आवश्यक बड़े डीसी क्षेत्रों से अस्तरक टूटना होता है जो प्रयोगशाला के बाहर उपयुक्त नहीं होता है। पुनः प्रयोज्य होलोग्राफिक प्रदर्शन स्थिर, स्थायी होलोग्राम रिकॉर्ड करने के लिए कई सामग्री मौजूद हैं जिनमें फोटोपॉलिमर, सिल्वर हैलाइड फिल्म, फोटोरेसिस्ट, डाइक्रोमेटेड जिलेटिन और फोटोरेफ्रैक्टिव शामिल हैं। सामग्री अपनी अधिकतम विवर्तन दक्षता, आवश्यक बिजली की खपत और संकल्प में भिन्न होती है। फोटोरेफ्रैक्टिव्स में उच्च विवर्तन दक्षता, औसत-कम बिजली की खपत और उच्च रिज़ॉल्यूशन होता है। अद्यतन होलोग्राम जिनमें चश्मे की आवश्यकता नहीं होती है, चिकित्सा और सैन्य इमेजिंग के लिए आकर्षक हैं। अद्यतन योग्य होलोग्राम के उत्पादन के लिए आवश्यक सामग्री गुण हैं 100% विवर्तन दक्षता, तेजी से लिखने का समय, लंबी छवि दृढ़ता, तेजी से मिटाने का समय और बड़ा क्षेत्र। तेजी से अद्यतन करने में सक्षम अकार्बनिक पदार्थ मौजूद हैं लेकिन एक घन सेंटीमीटर से बड़ा होना मुश्किल है। लिक्विड क्रिस्टल 3डी डिस्प्ले मौजूद हैं लेकिन छवियों का उत्पादन करने के लिए जटिल गणना की आवश्यकता होती है जो उनकी ताज़ा दर और आकार को सीमित करती है। ब्लैंच एट अल। 2008 में 4 इंच का प्रदर्शन किया। x 4 इंच। प्रदर्शन जो हर कुछ मिनटों में ताज़ा होता है और कई घंटों तक चलता है। कार्बनिक प्रकाश अपवर्तक पदार्थ किलोहर्ट्ज़ रिफ्रेश दर में सक्षम होते हैं, हालांकि यह सामग्री संवेदनशीलता और लेजर शक्ति द्वारा सीमित होता है। 2010 में प्रदर्शित सामग्री संवेदनशीलता के लिए किलोवाट स्पंदित लेजर की आवश्यकता होती है। एक कार्बनिक प्रकाश अपवर्तक विवर्तन ग्रेटिंग के माध्यम से पारित सफेद प्रकाश, सतह प्लाजमोन अनुनाद द्वारा उत्पन्न तरंग दैर्ध्य के अवशोषण और पूरक तरंग दैर्ध्य के प्रतिबिंब की ओर ले जाता है। विवर्तन ग्रेटिंग की अवधि को परावर्तित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित करने के लिए संशोधित करके समायोजित किया जा सकता है। इसका उपयोग फिल्टर चैनलों, ऑप्टिकल एटेन्यूएटर्स और ऑप्टिकल रंग फिल्टर के लिए किया जा सकता है ऑप्टिकल संचार फ्री-स्पेस ऑप्टिकल संचार (एफ. एस. ओ.) का उपयोग उच्च आवृत्ति लेजर का उपयोग करके डेटा के उच्च-बैंडविड्थ संचार के लिए किया जा सकता है। वायुमण्डल द्वारा निर्मित चरण विकृतियों को कार्बनिक फोटोरिफ्रैक्टिव होलोग्राम का उपयोग करके चार-तरंग मिश्रण प्रक्रिया द्वारा ठीक किया जा सकता है। एफ. एस. ओ. की प्रकृति छवियों को वास्तविक समय में लगभग मूल गुणवत्ता पर प्रेषित करने की अनुमति देती है। छवि को स्थानांतरित करने के लिए भी सुधार किया जाता है। छवि और संकेत प्रसंस्करण जैविक प्रकाश अपवर्तक सामग्री एक अरैखिक माध्यम है जिसमें बड़ी मात्रा में जानकारी को दर्ज और पढ़ा जा सकता है। ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग की अंतर्निहित समानांतर प्रकृति के कारण होलोग्राम बड़ी मात्रा में डेटा को जल्दी से संसाधित करने में सक्षम हैं। होलोग्राम जिनका जल्दी से उत्पादन और पठन किया जा सकता है, उनका उपयोग वाटरमार्क ऑर्गेनिक फोटोरिफ्रैक्टिव कोरिलेटर के समान दस्तावेजों की प्रामाणिकता को सत्यापित करने के लिए किया जा सकता है जो मिलान किए गए फिल्टर और ज्वाइंट फूरियर ट्रांसफॉर्म कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करते हैं। तार्किक कार्य (AND, OR, NOR, XOR, NOT) दो-तरंग संकेत प्रसंस्करण का उपयोग करके किए गए थे। उच्च विवर्तन दक्षता ने एक सी. सी. डी. डिटेक्टर को प्रकाश पिक्सेल (1 बिट) और गहरे पिक्सेल (0 बिट) के बीच अंतर करने की अनुमति दी। संदर्भ होलोग्राफी अरैखिक ऑप्टिकल सामग्री कार्बनिक अर्धचालक अर्धचालक सामग्री के प्रकार