Phonon polariton
அமுக்கப்பட்ட பொருள் இயற்பியலில், ஃபோனான் துருவமுனைப்பு என்பது குறுக்கு ஒளியியல் ஃபோனான்கள் மற்றும் ஃபோட்டான்களின் இணைப்பின் காரணமாக ஒரு இருமுனை அயனி படிகத்தில் உருவாகக்கூடிய ஒரு வகை குவாசிபார்டிகல் ஆகும். அவை குறிப்பிட்ட வகை துருவமுனைப்பாகும், அவை போசான்களைப் போல செயல்படுகின்றன. ஃபோனான்கள் மற்றும் ஃபோட்டான்களின் அலைநீளம் மற்றும் ஆற்றல் ஒத்திருக்கும் பகுதியில் ஃபோனான் துருவமுனைப்புகள் ஏற்படுகின்றன, இது தவிர்க்கப்படும் குறுக்குவெட்டு கொள்கையை கடைப்பிடிக்கும். ஃபோனான் துருவமுனைப்பு நிறமாலை பாரம்பரியமாக ராமன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியைப் பயன்படுத்தி ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. (சிதறல்-வகை) ஸ்கேனிங் நியர்-ஃபீல்ட் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபி (எஸ்-) எஸ். என். ஓ. எம்) மற்றும் அணுசக்தி மைக்ரோஸ்கோபி (ஏ. எஃப். எம்) ஆகியவற்றில் சமீபத்திய முன்னேற்றங்கள் துருவமுனைப்புகளை மிகவும் நேரடி வழியில் அவதானிக்க முடிந்தது. கோட்பாடு ஃபோனான் துருவமுனைப்புகள் குறுக்கு ஒளியியல் ஃபோனான்களின் இணைப்பின் விளைவாக மட்டுமே ஏற்படுகின்றன, இது ஃபோனான் மற்றும் ஃபோட்டானின் சிதறல் உறவின் குறிப்பிட்ட வடிவம் மற்றும் அவற்றின் தொடர்பு காரணமாகும். ஃபோட்டான்கள் மின்காந்த அலைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை எப்போதும் குறுக்கு திசையில் இருக்கும். எனவே, அவை படிகங்களில் குறுக்கு ஃபோனான்களுடன் மட்டுமே இணைக்க முடியும். ஒரு ஒலி ஃபோனானின் சிதறல் உறவுக்கு அருகில் நேரியல் என்று தோராயமாக மதிப்பிடப்படலாம், ஒரு குறிப்பிட்ட சாய்வு வடிவத்தின் சிதறல் உறவைக் கொடுக்கும், அலையின் வேகம், கோண அதிர்வெண் மற்றும் k அலை திசையனின் முழுமையான மதிப்பு. ஃபோட்டான்களின் சிதறல் உறவும் நேரியல், இது வடிவத்திலும் உள்ளது, c என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம். வேறுபாடு அவற்றின் வேகத்தின் அளவுகளில் உள்ளது, ஃபோட்டான்களின் வேகம் ஒலி ஃபோனான்களின் வேகத்தை விட பல மடங்கு பெரியது. எனவே சிதறல் உறவுகள் ஒருபோதும் ஒன்றையொன்று கடக்காது, இதன் விளைவாக இணைப்பு இல்லாதது. சிதறல் உறவுகள் தொடுகின்றன, ஆனால் அலைகளுக்கு ஆற்றல் இல்லாததால், எந்த இணைப்பும் ஏற்படாது. ஒளியியல் ஃபோனான்கள், இதற்கு மாறாக, பூஜ்ஜியமற்ற கோண அதிர்வெண்ணைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் எதிர்மறை சாய்வைக் கொண்டுள்ளன, இது ஃபோட்டான்களின் அளவை விட மிகவும் சிறியது. இது ஒளியியல் ஃபோனான் கிளை மற்றும் ஃபோட்டான் சிதறல் ஆகியவற்றைக் கடக்கும், இது அவற்றின் இணைப்புக்கு வழிவகுக்கும் மற்றும் ஒரு ஃபோனான் துருவமுனைப்பை உருவாக்கும். சிதறல் உறவு ஃபோனான் துருவமுனைப்புகளின் நடத்தையை சிதறல் உறவு மூலம் விவரிக்க முடியும். இந்த சிதறல் உறவு ஒளியியல் ஐசோட்ரோபி கொண்ட டயாட்டமிக் அயன் படிகங்களுக்கு மிகவும் எளிதாக பெறப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக சோடியம் குளோரைடு மற்றும் துத்தநாக சல்பைடு. படிகத்தில் உள்ள அணுக்கள் சார்ஜ் செய்யப்பட்டிருப்பதால், அலகு செல்லில் உள்ள இரண்டு அணுக்களுக்கு இடையிலான ஒப்பீட்டு தூரத்தை மாற்றும் எந்த லட்டிஸ் அதிர்வும் பொருளின் மின்கடத்தா துருவமுனைப்பை மாற்றும். இந்த அதிர்வுகளை விவரிக்க, அளவீட்டை அறிமுகப்படுத்துவது பயனுள்ளதாக இருக்கும், இது பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறதுஃ எதிர்மறை அணுவுடன் தொடர்புடைய நேர்மறை அணுவின் இடப்பெயர்ச்சி எங்கே; μ என்பது இரண்டு அணுக்களின் குறைக்கப்பட்ட நிறை; V என்பது அலகு கலத்தின் அளவு. இந்த அளவுருவைப் பயன்படுத்தி, நீண்ட அலைகளுக்கான லட்டீஸ் அதிர்வுகளின் நடத்தையை பின்வரும் சமன்பாடுகளால் விவரிக்க முடியும்ஃ நிலையான மின்கடத்தா மாறிலி என்பது இரட்டை நேர வழித்தோன்றலைக் குறிக்கும் இடத்தில் உயர் அதிர்வெண் மின்கடத்தா மாறிலி அகச்சிவப்பு சிதறல் அதிர்வெண் மின்சார புலம் மின்கடத்தா துருவமுனைப்பு ஆகும். ஃபோனானுக்கும் ஃபோட்டானுக்கும் இடையிலான முழு இணைப்புக்கு, பொருளில் நான்கு மேக்ஸ்வெல்லின் சமன்பாடுகள் தேவை. மேக்ரோஸ்கோபிக் ரீதியாக, படிகமானது சார்ஜ் செய்யப்படாதது மற்றும் மின்னோட்டம் இல்லாததால், சமன்பாடுகளை எளிமைப்படுத்தலாம். ஒரு ஃபோனான் துருவமுனைப்பு இந்த ஆறு சமன்பாடுகளுக்கும் கட்டுப்பட வேண்டும். இந்த சமன்பாடுகளின் தொகுப்பிற்கான தீர்வுகளைக் கண்டறிய, பின்வரும் சோதனை விமான அலை தீர்வுகளை எழுதுகிறோம், மற்றும்ஃ விமான அலையின் அலை திசையன், நிலை, நேரம் மற்றும் ω கோண அதிர்வெண் ஆகியவற்றைக் குறிக்கிறது. அலை திசையன் மின்சார புலம் மற்றும் காந்தப்புலத்திற்கு செங்குத்தாக இருக்க வேண்டும் என்பதைக் கவனியுங்கள். ω மற்றும் k க்கான விளைவாக வரும் சமன்பாடுகளைத் தீர்ப்பது, அலை திசையனின் அளவு, பின்வரும் சிதறல் உறவை அளிக்கிறது, மேலும் ஒளியியல் மின்கடத்தா மாறிலிக்கான ஒரு வெளிப்பாட்டை வழங்குகிறதுஃ ஒளியியல் மின்கடத்தா மாறிலியுடன். இந்த சிதறல் உறவின் தீர்வு இரண்டு கிளைகளைக் கொண்டுள்ளது, ஒரு மேல் கிளை மற்றும் ஒரு கீழ் கிளை (படத்தையும் பார்க்கவும்). வளைவின் சாய்வு குறைவாக இருந்தால், துகள் "ஃபோனான் போன்றது" என்று கூறப்படுகிறது, மேலும் சாய்வு அதிகமாக இருந்தால் துகள் "ஃபோட்டான் போன்றது", இந்த பெயர்கள் ஃபோனான்கள் மற்றும் ஃபோட்டான்களுக்கான வழக்கமான சிதறல் வளைவுகளின் சரிவுகளுக்கு காரணமாகும். ஃபோனான் துருவமுனைப்பு மேல் கிளையில் குறைந்த k க்கும், கீழ் கிளையில் அதிக k க்கும் ஃபோனான் போல செயல்படுகிறது. மாறாக, துருவமுனைப்பு மேல் கிளையில் உயர் k க்கும், கீழ் கிளையில் குறைந்த k க்கும் ஃபோட்டான் போல செயல்படுகிறது. சிதறல் உறவின் வரம்பு நடத்தை சிதறல் உறவு இணைப்பின் நடத்தையை விவரிக்கிறது. அசல் குறுக்கு சிதைவு உறவுகள் கடந்திருக்கும் பிராந்தியத்தில் ஃபோனான் மற்றும் ஃபோட்டானின் இணைப்பு மிகவும் முக்கியமானது. பெரிய k இன் வரம்பில், இரண்டு கிளைகளின் திடமான கோடுகளும் புள்ளியிடப்பட்ட கோடுகளை அணுகுகின்றன, அதாவது, இணைப்பு அதிர்வுகளின் நடத்தையில் பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்தாது. குறுக்குவெட்டு புள்ளியின் வலதுபுறம், மேல் கிளை ஒரு ஃபோட்டான் போல செயல்படுகிறது. இந்த விளைவின் இயற்பியல் விளக்கம் என்னவென்றால், அயனிகள் அதிர்வுகளில் பங்கேற்க அதிர்வெண் மிக அதிகமாகிறது, இதனால் அவை அடிப்படையில் நிலையானதாக இருக்கும். இது ஒரு படிகத்தில் ஒரு வழக்கமான ஃபோட்டானில் ஒன்றைப் போன்ற ஒரு சிதறல் உறவை விளைவிக்கிறது. இந்த பிராந்தியத்தில் உள்ள கீழ் கிளை, ஃபோட்டான்களுடன் ஒப்பிடும்போது அவற்றின் குறைந்த கட்ட வேகம் காரணமாக, வழக்கமான குறுக்கு ஜாலக அதிர்வுகளாக செயல்படுகிறது. லிட்டேன்-சாக்ஸ்-டெல்லர் உறவு நீள்வட்ட ஒளியியல் ஃபோனான் அதிர்வெண் மின்கடத்தா மாறிலிக்கான சமன்பாட்டின் பூஜ்ஜியத்தால் வரையறுக்கப்படுகிறது. மின்கடத்தா மாறிலிக்கான சமன்பாட்டை வேறு வழியில் எழுதுவது விளைவிக்கும்ஃ சமன்பாட்டின் விளைச்சலைத் தீர்ப்பதுஃ இந்த சமன்பாடு நீள்வட்ட ஒளியியல் ஃபோனானின் () அதிர்வெண்ணின் விகிதத்தையும், டயாட்டமிக் கியூபிக் அயனி படிகங்களில் குறுக்கு ஒளியியல் ஃபோனானின் () அதிர்வெண்ணின் விகிதத்தையும் அளிக்கிறது, மேலும் இது லிட்டேன்-சாக்ஸ்-டெல்லர் உறவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. நிலையற்ற நியூட்ரான் சிதறல் சோதனைகளைப் பயன்படுத்தி விகிதத்தைக் காணலாம். மேற்பரப்பு ஃபோனான் துருவமுனைப்பு மேற்பரப்பு ஃபோனான் துருவமுனைப்பு (எஸ். பி. எச். பி) என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட வகையான ஃபோனான் துருவமுனைப்பு ஆகும். அவை சாதாரண ஃபோனான்களுக்குப் பதிலாக ஒளியியல் மேற்பரப்பு ஃபோனானையும் ஒளியையும் இணைப்பதன் மூலம் உருவாகின்றன, இதன் விளைவாக மின்காந்த மேற்பரப்பு அலை ஏற்படுகிறது. அவை மேற்பரப்பு பிளாஸ்மன் துருவமுனைப்புகளைப் போலவே உள்ளன, இருப்பினும் மிகக் குறைந்த அளவிற்கு ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளன. பயன்பாடுகள் எதிர்மறை ஒளிவிலகல் குறியீட்டைக் கொண்ட பொருட்கள் முதல் உயர் அடர்த்தி ஐஆர் தரவு சேமிப்பு வரை உள்ளன. மற்றொரு பயன்பாடு மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் குளிரூட்டலில் உள்ளது. ஃபோனான்கள் பொருட்களில் வெப்ப கடத்துத்திறனின் சராசரி ஆதாரமாகும், அங்கு ஆப்டிகல் ஃபோனான்கள் ஒலி ஃபோனான்களை விட மிகக் குறைவாக பங்களிக்கின்றன. ஒளியியல் ஃபோனான்களின் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த குழு வேகம் இதற்குக் காரணம். பொருளின் தடிமன் குறையும் போது, மேற்பரப்பு சிதறல் அதிகரிக்கும் என்பதால் ஒலி வழியாக கடத்துத்திறனும் குறைகிறது. இந்த மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் சிறியதாகி வருகிறது, குறைப்புகள் மிகவும் சிக்கலானவை. ஒளியியல் ஃபோனான்கள் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டிருக்கவில்லை என்றாலும், எஸ். பி. எச். பி. க்கள் இதைக் கொண்டிருப்பதாகத் தெரிகிறது. எனவே அவை இந்த மின்னணு சாதனங்களை குளிர்விக்க ஒரு மாற்று வழிமுறையாக இருக்கலாம். சோதனைக் கண்காணிப்பு ஃபோனான் துருவமுனைப்புகளின் பெரும்பாலான அவதானிப்புகள் மேற்பரப்பு ஃபோனான் துருவமுனைப்புகளால் ஆனவை, ஏனெனில் இவை ராமன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி அல்லது ஏ. எஃப். எம் மூலம் எளிதில் ஆராயப்படலாம். ராமன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி எந்தவொரு ராமன் பரிசோதனையையும் போலவே, ஒரு லேசர் ஆய்வு செய்யப்படும் பொருளை சுட்டிக்காட்டுகிறது. சரியான அலைநீளம் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டால், இந்த லேசர் மாதிரியில் ஒரு துருவமுனைப்பை உருவாக்கத் தூண்டும். ஸ்டோக்ஸ் மாற்றப்பட்ட உமிழப்பட்ட கதிர்வீச்சைப் பார்த்து, ஆற்றல் பாதுகாப்பு மற்றும் அறியப்பட்ட லேசர் ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், ஒருவர் துருவமுனைப்பு ஆற்றலைக் கணக்கிட முடியும், இதன் மூலம் ஒருவர் சிதறல் உறவை உருவாக்க முடியும். எஸ்என்ஓஎம் மற்றும் ஏஎஃப்எம் துருவமுனைப்புகளின் தூண்டல் சில வேறுபாடுகளுடன் ராமன் சோதனைகளில் இருந்ததைப் போலவே உள்ளது. SNOM இன் மிக உயர்ந்த சிறப்புத் தெளிவுத்திறனுடன், மாதிரியில் மிகவும் உள்ளூரில் துருவமுனைப்புகளைத் தூண்டலாம். இது தொடர்ந்து செய்யப்படலாம், துருவமுனைப்பின் தொடர்ச்சியான அலைகளை (சி. டபிள்யூ) உருவாக்குகிறது, அல்லது அல்ட்ராஃபாஸ்ட் துடிப்புடன், மிக உயர்ந்த தற்காலிக தடம் கொண்ட துருவமுனைப்பை உருவாக்குகிறது. இரண்டு நிகழ்வுகளிலும் துருவமுனைப்புகள் ஏ. எஃப். எம் முனையால் கண்டறியப்படுகின்றன, இந்த சமிக்ஞை பின்னர் துருவமுனைப்பின் ஆற்றலைக் கணக்கிட பயன்படுத்தப்படுகிறது. மாதிரியின் விளிம்பிற்கு அருகிலும் இந்த சோதனைகளைச் செய்யலாம். இதன் விளைவாக துருவமுனைப்புகள் பிரதிபலிக்கும். சி. டபிள்யூ துருவமுனைப்புகளைப் பொறுத்தவரை, நிற்கும் அலைகள் உருவாக்கப்படும், அவை மீண்டும் ஏ. எஃப். எம் முனையால் கண்டறியப்படும். அல்ட்ராஃபாஸ்ட் லேசரால் உருவாக்கப்பட்ட துருவமுனைப்புகளின் விஷயத்தில், நிற்கும் அலை எதுவும் உருவாக்கப்படாது. அலை விளிம்பில் பிரதிபலிக்கும் தருணத்திலும் தன்னைத் தானே குறுக்கிடலாம். ஒருவர் மொத்த மேற்பரப்பில் கவனித்தாலும் அல்லது ஒரு விளிம்பிற்கு அருகில் இருந்தாலும், சமிக்ஞை தற்காலிக வடிவத்தில் உள்ளது. ஃபோரியர் இந்த சமிக்ஞையை மாற்றலாம், சமிக்ஞையை அதிர்வெண் களமாக மாற்றலாம், இது சிதறல் உறவைப் பெற பயன்படுத்தப்படலாம். பொலாரிடோனிக்ஸ் மற்றும் ரியல்-ஸ்பேஸ் இமேஜிங் ஃபோனான் போலாரிடான்கள் ஃபோட்டோனிக்ஸ் மற்றும் எலக்ட்ரானிக்ஸ் இடையே ஒரு புலம் போலாரிடோனிக்ஸ் துறையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த புலத்தில் ஃபோனான் துருவமுனைப்புகள் அதிவேக சமிக்ஞை செயலாக்கம் மற்றும் டெராஹெர்ட்ஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி ஆகியவற்றிற்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஃபோனான் துருவமுனைப்புகளின் நிஜ-விண்வெளி இமேஜிங் ஒரு சிசிடி கேமராவில் அவற்றை முன்வைப்பதன் மூலம் சாத்தியமானது. மேலும் காண்க போலாரிடன் ஃபோனான் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மன் போலாரிடன் குறிப்புகள் குவாஸிபார்டிகல்ஸ்