जापान में शोधकर्ताओं ने एक इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तन की तस्वीर लेने में कामयाबी हासिल की है जो इतनी तेज़ है कि पलक झपकना भी उसके सामने आराम से टहलने जैसा लगता है। साइंस टोक्यो, तोहोकू यूनिवर्सिटी और नागोया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की टीम ने अल्ट्राफास्ट लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी और सैद्धांतिक गणनाओं का उपयोग करके एक धातु-कार्बनिक ढांचे (MOF) में एक क्षणभंगुर मध्यवर्ती अवस्था को पकड़ा जो बनती है और सिर्फ 30 फेमटोसेकंड के भीतर एक छिपी हुई फोटोप्रेरित अवस्था की ओर ले जाती है। हाँ, फेमटोसेकंड - एक सेकंड का एक अरबवाँ हिस्सा, उन लोगों के लिए जो समय को बेतुकी छोटी इकाइयों में मापने के आदी नहीं हैं।

यह खोज, फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित, इस बारे में नए सुराग देती है कि कैसे प्रकाश का उपयोग एक दिन उन्नत सामग्रियों के गुणों को तेज़ी से नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। क्योंकि गर्म या ठंडा करने की जहमत क्यों उठाई जाए जब आप सिर्फ लेज़रों से चीज़ों को झुलसा सकते हैं?

सामग्री प्रकाश को अवशोषित करने के बाद अप्रत्याशित तरीके से व्यवहार कर सकती है, कभी-कभी ऐसी फोटोप्रेरित अवस्थाओं में प्रवेश करती है जिनके गुण उनके सामान्य रूप से बिल्कुल अलग होते हैं। ये अवस्थाएँ सामग्री के व्यवहार को समायोजित करने का एक वैकल्पिक तरीका प्रदान करती हैं, और यह समझना कि वे कैसे बनती हैं, भविष्य की फोटो-अनुक्रियाशील सामग्रियों और उन्नत ऑप्टिकल तकनीकों को विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है। लेकिन इन परिवर्तनों को कैद करना मुश्किल है, क्योंकि पहले चरण फेमटोसेकंड समय पैमाने पर सामने आते हैं - 'हाई-स्पीड कैमरा' कहने से भी तेज़।

साइंस टोक्यो में रसायन विज्ञान विभाग के सहायक प्रोफेसर तदाहिको इशिकावा के नेतृत्व में, टीम, जिसमें तत्कालीन डॉक्टरेट छात्र समीरन बानू (अब RIKEN में विशेष पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता) और तोहोकू विश्वविद्यालय तथा नागोया प्रौद्योगिकी संस्थान के सहयोगी शामिल थे, ने एक MOF पर ध्यान केंद्रित किया - धातु आयनों को कार्बनिक अणुओं से जोड़कर बनाई गई सामग्री। उनका लक्ष्य: यह निर्धारित करना कि फोटोप्रेरित छिपी हुई अवस्था वास्तव में कैसे विकसित होती है।

"हमने पाया कि फोटोप्रेरित छिपी हुई अवस्था पहले से अज्ञात मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के माध्यम से 30 fs के भीतर बनती है," इशिकावा ने कहा, संभवतः अपने प्रयोगशाला चश्मे को समायोजित करते हुए।

परिवर्तन को ट्रैक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने केवल छह fs तक चलने वाली अल्ट्राशॉर्ट लेजर दालों के साथ समय-समाधान परावर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया। इससे उन्हें यह मापने की अनुमति मिली कि MOF द्वारा लेजर पल्स को अवशोषित करने के लगभग तुरंत बाद सामग्री से परावर्तित प्रकाश कैसे बदल गया। 30 fs के भीतर, परावर्तन स्पेक्ट्रम नाटकीय रूप से बदल गया, जिससे एक नया ऑप्टिकल अवशोषण बैंड प्रकट हुआ - स्पष्ट संकेत कि छिपी हुई अवस्था बन गई थी।

लेकिन अकेले प्रयोग पूरी कहानी नहीं बता सके। टीम ने घटनाओं के अनुक्रम का पुनर्निर्माण करने के लिए अपने मापों को सैद्धांतिक गणनाओं के साथ जोड़ा। उन्होंने पाया कि प्रकाश को अवशोषित करने के तुरंत बाद, सामग्री संक्षेप में एक मध्यवर्ती इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में प्रवेश करती है जहाँ पड़ोसी साइटों के बीच इलेक्ट्रॉनिक बंधन एक दोहराव वाले पैटर्न में मजबूत और कमजोर के बीच वैकल्पिक होते हैं - तथाकथित बॉन्ड-ऑर्डर वेव अवस्था। यह अवस्था क्षणभंगुर थी, उसके बाद छोटे परमाणु आंदोलन हुए जिन्होंने अंततः फोटोप्रेरित छिपी हुई अवस्था का उत्पादन किया।

दिलचस्प बात यह है कि सैद्धांतिक गणनाओं से पता चलता है कि नवगठित अवस्था ध्रुवीय हो सकती है, जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज असमान रूप से वितरित होते हैं। यदि इन फोटोप्रेरित ध्रुवीय अवस्थाओं को विश्वसनीय रूप से बनाया और नियंत्रित किया जा सकता है, तो वे प्रकाश का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक गुणों में हेरफेर करने के नए तरीके पेश कर सकते हैं।

"मध्यवर्ती अवस्थाओं को प्रकट करके, हमारी विधि उन सामग्रियों को डिजाइन करने में मदद कर सकती है जिन्हें प्रकाश का उपयोग करके कुशलता से नियंत्रित किया जा सकता है," इशिकावा ने समझाया।

फोटोप्रेरित छिपी हुई अवस्था कैसे विकसित होती है, यह समझाने के अलावा, यह शोध अत्यंत छोटी प्रकाश दालों के साथ सामग्री के गुणों में हेरफेर करने की एक संभावित रणनीति की ओर इशारा करता है। इन अस्थायी अवस्थाओं को बनाना और नियंत्रित करना उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और अन्य तकनीकों के लिए नई फोटो-अनुक्रियाशील सामग्री बना सकता है, जिनमें सटीक सामग्री व्यवहार की आवश्यकता होती है।

भविष्य के शोध उसी प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक दृष्टिकोण को अन्य सामग्रियों पर लागू कर सकते हैं, जिससे अल्ट्राफास्ट परिवर्तनों में पहले से अदृश्य कदम उजागर हो सकते हैं। वैज्ञानिक तब उन सामग्रियों को डिजाइन करने के करीब पहुंच सकते हैं जिनके गुणों को