Plasmonic metamaterial
प्लाजमोनिक मेटामेटेरियल एक मेटामेटेरियल है जो प्रकृति में नहीं देखे गए ऑप्टिकल गुणों को प्राप्त करने के लिए सतह प्लाजमोन का उपयोग करता है। प्लाज्मोन्स धातु-डायलेक्ट्रिक पदार्थों के साथ प्रकाश की अंतःक्रिया से उत्पन्न होते हैं। विशिष्ट परिस्थितियों में, सतह प्लाजमोन के साथ घटना प्रकाश जोड़े आत्म-टिकाऊ बनाने के लिए, सतह प्लाजमोन ध्रुवीकरण (एस. पी. पी.) के रूप में जानी जाने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार करते हैं। एक बार लॉन्च होने के बाद, एस. पी. पी. धातु-डायलेक्ट्रिक इंटरफेस के साथ लहराते हैं। आपतित प्रकाश की तुलना में, एस. पी. पी. तरंग दैर्ध्य में बहुत छोटे हो सकते हैं। ये गुण धातु-डायलेक्ट्रिक यौगिकों की अनूठी संरचना से उत्पन्न होते हैं, जिनमें उप-तरंग दैर्ध्य दूरी द्वारा अलग किए गए प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से छोटी विशेषताएं होती हैं। इस तरह के मेटामेटेरियल से टकराने वाला प्रकाश सतह के प्लाजमोन पोलरिटॉन में बदल जाता है, जो आपतित प्रकाश की तुलना में तरंग दैर्ध्य में छोटे होते हैं। प्लाजमोनिक पदार्थ धातु या धातु जैसी सामग्री होती है जो नकारात्मक वास्तविक पारगम्यता प्रदर्शित करती है। सबसे आम प्लाजमोनिक सामग्री सोना और चांदी हैं। हालांकि, कई अन्य सामग्रियां विशिष्ट तरंग दैर्ध्य श्रेणियों में धातु जैसे ऑप्टिकल गुण दिखाती हैं। विभिन्न शोध समूह प्लाजमोनिक सामग्री बनाने के लिए विभिन्न दृष्टिकोणों के साथ प्रयोग कर रहे हैं जो कम नुकसान और ट्यूनेबल ऑप्टिकल गुणों को प्रदर्शित करते हैं। नकारात्मक सूचकांक प्लाजमोनिक मेटामेट्रियल्स उन सामग्रियों की प्राप्ति है जो पहली बार 1967 में एक रूसी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी विक्टर वेसेलागो द्वारा प्रस्तावित की गई थी। बाएं हाथ या नकारात्मक सूचकांक सामग्री के रूप में भी जाना जाता है, वेसेलागो ने सिद्धांत दिया कि वे कांच या हवा के विपरीत ऑप्टिकल गुण प्रदर्शित करेंगे। नकारात्मक सूचकांक सामग्री में ऊर्जा को समानान्तर करने के बजाय तरंगमुखों के प्रसार के विपरीत दिशा में ले जाया जाता है, जैसा कि सकारात्मक सूचकांक सामग्री में होता है। आम तौर पर, हवा से पानी में जाने वाला प्रकाश सामान्य (सतह के लंबवत एक तल) से गुजरने और पानी में प्रवेश करने पर झुकता है। इसके विपरीत, हवा के माध्यम से एक नकारात्मक सूचकांक सामग्री तक पहुंचने वाला प्रकाश सामान्य को पार नहीं करेगा। बल्कि, यह विपरीत दिशा में झुकेगा। नकारात्मक अपवर्तन सबसे पहले माइक्रोवेव और अवरक्त आवृत्तियों के लिए रिपोर्ट किया गया था। ऑप्टिकल रेंज में एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक पहली बार 2005 में शैलेव एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया था। (दूरसंचार तरंग दैर्ध्य पर λ = 1.5 माइक्रोन) और ब्रूक एट अल द्वारा। (λ = 2 माइक्रोन पर) लगभग एक ही समय में। 2007 में, कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान और एन. आई. एस. टी. के बीच एक सहयोग ने संकीर्ण पट्टी, दो आयामों में दिखाई देने वाले प्रकाश के नकारात्मक अपवर्तन की सूचना दी। इस प्रतिक्रिया को बनाने के लिए, धातुओं की सतह पर सामान्य रूप से तरंगित, गैस जैसे आवेशों (प्लाजमोन) के साथ घटना प्रकाश जोड़े। इस फोटॉन-प्लाजमोन अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप एस. पी. पी. होते हैं जो तीव्र, स्थानीयकृत ऑप्टिकल क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। तरंगें धातु और अवाहक के बीच इंटरफेस तक ही सीमित हैं। यह संकीर्ण चैनल एक परिवर्तनकारी मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, जो वास्तव में, आने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को अपने मूल मूल्य के एक अंश तक फंसाता है और संपीड़ित करता है। मेटामेट्रियल्स को शामिल करने वाली नैनोमैकेनिकल प्रणालियाँ नकारात्मक विकिरण दबाव प्रदर्शित करती हैं। पारंपरिक पदार्थों पर पड़ने वाला प्रकाश, अपवर्तन के सकारात्मक सूचकांक के साथ, एक सकारात्मक दबाव डालता है, जिसका अर्थ है कि यह किसी वस्तु को प्रकाश स्रोत से दूर धकेल सकता है। इसके विपरीत, नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्रियल्स को प्रकाशित करने से एक नकारात्मक दबाव उत्पन्न होना चाहिए जो किसी वस्तु को प्रकाश की ओर खींचता है। त्रि-आयामी नकारात्मक सूचकांक कंप्यूटर सिमुलेशन तीन आयामों में नकारात्मक सूचकांक के साथ प्लाजमोनिक मेटामेट्रियल्स की भविष्यवाणी करते हैं। संभावित निर्माण विधियों में बहुस्तरीय पतली फिल्म निक्षेपण, केंद्रित आयन बीम मिलिंग और स्व-संयोजन शामिल हैं। ढाल सूचकांक पी. एम. एम. को ढाल सूचकांक के साथ बनाया जा सकता है (एक ऐसी सामग्री जिसका अपवर्तक सूचकांक सामग्री की लंबाई या क्षेत्र में उत्तरोत्तर भिन्न होता है)। ऐसी ही एक सामग्री में इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के माध्यम से सोने की सतह पर एक थर्मोप्लास्टिक जमा करना शामिल था, जिसे पीएमएमए के रूप में जाना जाता है। हाइपरबोलिक हाइपरबोलिक मेटामेट्रियल्स एक धातु के रूप में व्यवहार करते हैं जब प्रकाश एक दिशा में गुजरता है और एक परावैद्युत की तरह जब प्रकाश लंबवत दिशा में गुजरता है, जिसे चरम अनिसोट्रोपी कहा जाता है। सामग्री का फैलाव संबंध एक हाइपरबोलॉइड बनाता है। संबंधित तरंग दैर्ध्य सिद्धांत रूप में असीम रूप से छोटा हो सकता है। हाल ही में, दृश्यमान क्षेत्र में हाइपरबोलिक मेटासर्फेस को लिथोग्राफिक तकनीकों द्वारा चांदी या सोने की नैनोस्ट्रक्चर के साथ प्रदर्शित किया गया है। रिपोर्ट किए गए हाइपरबोलिक उपकरणों ने संवेदन और इमेजिंग के लिए कई कार्य दिखाए, जैसे, विवर्तन-मुक्त, नकारात्मक अपवर्तन और बढ़े हुए प्लाजमोन अनुनाद प्रभाव, जो उनके अद्वितीय ऑप्टिकल गुणों द्वारा सक्षम थे। क्वांटम सूचना अनुप्रयोगों के लिए एकीकृत ऑप्टिकल मेटा-सर्किट बनाने के लिए भी इन विशिष्ट गुणों की अत्यधिक आवश्यकता होती है। आइसोट्रॉपी पहले बनाए गए मेटामेट्रियल्स प्लाजमोन पर अपने प्रभावों में अनिसोट्रॉपी प्रदर्शित करते हैं। अर्थात्, वे केवल एक दिशा में कार्य करते हैं। हाल ही में, शोधकर्ताओं ने स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर की एक त्रि-आयामी सरणी बनाने के लिए एक नई स्व-मोड़ तकनीक का उपयोग किया जो 40 डिग्री के आपतित कोण तक किसी भी दिशा में घुमाने पर आइसोट्रॉपी प्रदर्शित करता है। एक बहुलक/सिलिकॉन सब्सट्रेट पर जमा निकल और सोने की पट्टियों को हवा में उजागर करने से यांत्रिक तनाव पट्टियों को वलय में घुमाने की अनुमति देते हैं, जिससे अनुनादकों का निर्माण होता है। पट्टियों को एक दूसरे के अलग-अलग कोणों पर व्यवस्थित करके, 4 गुना समरूपता प्राप्त की गई, जिसने अनुनादकों को कई दिशाओं में प्रभाव पैदा करने की अनुमति दी। सामग्री सिलिकॉन सैंडविच दृश्यमान प्रकाश के लिए नकारात्मक अपवर्तन पहली बार पतली परतों के साथ सैंडविच जैसी संरचना में उत्पादित किया गया था। सिलिकॉन नाइट्राइड की एक इन्सुलेटिंग शीट चांदी की एक फिल्म से ढकी हुई थी और सोने की एक और फिल्म से ढकी हुई थी। महत्वपूर्ण आयाम परतों की मोटाई है, जो नीली और हरी रोशनी की तरंग दैर्ध्य के एक अंश तक होती है। आईसी चिप पर एकीकृत प्रकाशिकी में इस मेटामेटेरियल को शामिल करके, नीली और हरी आवृत्तियों पर नकारात्मक अपवर्तन का प्रदर्शन किया गया था। सामूहिक परिणाम प्रकाश के प्रति अपेक्षाकृत महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है। निकट क्षेत्र अवरक्त ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी तकनीकों और अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से देखे जाने वाले सतह के प्लाजमोन को भी ग्राफीन ग्राफीन समायोजित करता है। ग्राफीन प्लाज्मोनिक्स के संभावित अनुप्रयोगों में ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर, फोटोडिटेक्टर और बायोसेंसर जैसे उपकरणों में टेराहर्ट्ज से मध्य-अवरक्त आवृत्तियाँ शामिल हैं। सुपरलैटिस टाइटेनियम नाइट्राइड (धातु) और एल्यूमीनियम स्कैंडियम नाइट्राइड (अस्तरक) से बने एक हाइपरबोलिक मेटामेटेरियल में संगत क्रिस्टल संरचना होती है और यह एक सुपरलैटिस बना सकता है, एक क्रिस्टल जो दो (या अधिक) सामग्रियों को जोड़ता है। यह सामग्री मौजूदा सी. एम. ओ. एस. प्रौद्योगिकी (पारंपरिक सोने और चांदी के विपरीत) के साथ संगत है, जो यांत्रिक रूप से मजबूत है और उच्च तापमान पर तापीय रूप से स्थिर है। सामग्री ए. यू. या ए. जी. की तुलना में अवस्थाओं के उच्च फोटोनिक घनत्व को प्रदर्शित करती है। यह सामग्री एक कुशल प्रकाश अवशोषक है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग के रूप में जानी जाने वाली तकनीक के साथ एक वैक्यूम चैम्बर के अंदर एपिटैक्सी का उपयोग करके सामग्री बनाई गई थी। सामग्री में तेज इंटरफेस के साथ अति-पतली और अति-चिकनी परतें थीं। संभावित अनुप्रयोगों में एक "प्लानर हाइपरलेन्स" शामिल है जो ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप को डी. एन. ए. जैसी छोटी वस्तुओं को देखने में सक्षम बना सकता है, उन्नत सेंसर, अधिक कुशल सौर संग्राहक, नैनो-रेज़ोनेटर, क्वांटम कंप्यूटिंग और विवर्तन मुक्त ध्यान केंद्रित और इमेजिंग। यह सामग्री निकट-अवरक्त से लेकर दृश्य प्रकाश तक एक व्यापक स्पेक्ट्रम में काम करती है। निकट-अवरक्त दूरसंचार और ऑप्टिकल संचार के लिए आवश्यक है, और दृश्य प्रकाश संवेदक, सूक्ष्मदर्शी और कुशल ठोस-अवस्था प्रकाश स्रोतों के लिए महत्वपूर्ण है। अनुप्रयोग सूक्ष्मदर्शी एक संभावित अनुप्रयोग विवर्तन सीमा से परे सूक्ष्मदर्शी है। ग्रेडिएंट इंडेक्स प्लाज्मोनिक्स का उपयोग लूनबर्ग और ईटन लेंस के उत्पादन के लिए किया गया था जो फोटॉन के बजाय सतह के प्लाजमोन पोलरिटॉन के साथ बातचीत करते हैं। एक सिद्धांतित सुपरलेन्स विवर्तन सीमा को पार कर सकता है जो मानक (सकारात्मक-सूचकांक) लेंस को दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के आधे से छोटी वस्तुओं को हल करने से रोकता है। इस तरह के सुपरलेन्स स्थानिक जानकारी को पकड़ेंगे जो पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के दृष्टिकोण से परे है। इस तरह के सूक्ष्मदर्शी के निर्माण के लिए कई दृष्टिकोण प्रस्तावित किए गए हैं। उप-तरंगदैर्ध्य क्षेत्र ऑप्टिकल स्विच, मॉड्यूलेटर, फोटोडिटेक्टर और दिशात्मक प्रकाश उत्सर्जक हो सकते हैं। जैविक और रासायनिक संवेदन समीक्षा के तहत अन्य प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अनुप्रयोगों में उच्च संवेदनशीलता जैविक और रासायनिक संवेदन शामिल हैं। वे ऑप्टिकल सेंसर के विकास को सक्षम कर सकते हैं जो एक निश्चित प्रकार के फैब्री-पेरोट नैनो-रेज़ोनेटर के भीतर सतह प्लाजमोन के बंधन का फायदा उठाते हैं। यह अनुरूप बंधन ऑप्टिकल अनुनाद मोड और अनुनाद गुहा साइडवॉल से बंधे विश्लेषणात्मक लिगेंड के बीच स्थानिक ओवरलैप का उपयोग करके लक्षित रासायनिक या जैविक विश्लेषकों के विशिष्ट बंधनों का कुशल पता लगाने की अनुमति देता है। संरचनाओं को सीमित अंतर समय क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय अनुकरण का उपयोग करके अनुकूलित किया जाता है, जिसे इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी और इलेक्ट्रोप्लेटिंग के संयोजन का उपयोग करके बनाया जाता है, और निकट-क्षेत्र और दूर-क्षेत्र ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और स्पेक्ट्रोस्कोपी दोनों का उपयोग करके परीक्षण किया जाता है। ऑप्टिकल कंप्यूटिंग प्रकाश प्रसंस्करण उपकरणों के साथ इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को प्रतिस्थापित करता है। 2014 में शोधकर्ताओं ने 200 नैनोमीटर, टेराहर्ट्ज़ स्पीड ऑप्टिकल स्विच की घोषणा की। स्विच एक मेटामेटेरियल से बना है जिसमें वैनेडियम डाइऑक्साइड () के नैनोस्केल कण होते हैं, एक क्रिस्टल जो एक अपारदर्शी, धातु चरण और एक पारदर्शी, अर्धचालक चरण के बीच स्विच करता है। नैनोकणों को एक कांच के सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है और सोने के छोटे नैनोकणों द्वारा भी आच्छादित किया जाता है जो एक प्लाजमोनिक फोटोकैथोड के रूप में कार्य करते हैं। फेमटोसेकंड लेजर सोने के कणों में इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है जो इसमें कूदते हैं और एक सबपिकोसेकंड चरण परिवर्तन का कारण बनते हैं। यह उपकरण वर्तमान एकीकृत परिपथ प्रौद्योगिकी, सिलिकॉन-आधारित चिप्स और उच्च-के परावैद्युत सामग्री के साथ संगत है। यह स्पेक्ट्रम के दृश्य और निकट-अवरक्त क्षेत्र में काम करता है। यह केवल 100 फेमटोजूल/बिट/ऑपरेशन उत्पन्न करता है, जिससे स्विचों को कसकर पैक किया जा सकता है। फोटोवोल्टिक स्वर्ण समूह धातुओं (ए. यू., ए. जी. और सी. यू.) का उपयोग फोटोवोल्टिक और सौर कोशिकाओं में प्रत्यक्ष सक्रिय सामग्री के रूप में किया गया है। सामग्री एक साथ इलेक्ट्रॉन और छेद दाता के रूप में कार्य करती है, और इस प्रकार एक फोटोवोल्टिक कोशिका बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन और छेद परिवहन परतों के बीच सैंडविच किया जा सकता है। वर्तमान में ये फोटोवोल्टिक कोशिकाएं इंटरनेट ऑफ थिंग्स (आईओटी) प्लेटफॉर्म के लिए स्मार्ट सेंसर को शक्ति प्रदान करने की अनुमति देती हैं। मेटामेट्रियल्स मेटामेट्रियल्स अवशोषक मेटामेट्रियल्स एंटेना मेटामेट्रियल्स क्लोकिंग नॉनलीनियर मेटामेट्रियल्स फोटोनिक क्रिस्टल स्पूफ सरफेस प्लाजमोन टेराहर्ट्ज़ मेटामेट्रियल्स ट्यूनेबल मेटामेट्रियल्स ट्रांसफॉर्मेशन ऑप्टिक्स थ्योरीज़ ऑफ क्लोकिंग रेफेरेंसेज का इतिहास भी देखें। बाहरी लिंक प्लाजमोनिक मेटामेट्रियल्स-सूक्ष्मदर्शी से लेकर अदृश्य कपड़ों तक। 21 जनवरी, 2011। PhysOrg.com। मेटामेट्रियल्स नैनोटेक्नोलॉजी प्लाज्मोनिक्स