वैज्ञानिकों ने आखिर पकड़ लिया कि पलक झपकते ही क्या होता है, लेकिन बहुत, बहुत तेज़

शोधकर्ताओं ने एक नई इमेजिंग विधि का अनावरण किया है जो अतिसूक्ष्म दुनिया में अल्ट्राफास्ट घटनाओं को अभूतपूर्व विस्तार से कैद कर सकती है। ये प्रक्रियाएं, जो सैकड़ों फेम्टोसेकंड (एक सेकंड का खरबवां हिस्सा) के समय में घटित होती हैं, परंपरागत रूप से अत्यंत कठिन अध्ययन रही हैं। हालांकि, नई तकनीक वैज्ञानिकों को इन तीव्र परिवर्तनों को असाधारण स्पष्टता और गति से देखने की अनुमति देती है।

"भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और सामग्री विज्ञान के क्षेत्रों में, कई महत्वपूर्ण घटनाएं अविश्वसनीय रूप से तेज़ी से घटित होती हैं," ईस्ट चाइना नॉर्मल यूनिवर्सिटी के शोध दल के प्रमुख युन्हुआ याओ ने कहा। "हमारी नई तकनीक एक ही माप में किसी वस्तु की चमक और आंतरिक संरचना दोनों के पूर्ण विकास को कैद कर सकती है। यह पदार्थ की मूलभूत प्रकृति को समझने, नई सामग्रियों को डिजाइन करने और यहां तक कि जैविक प्रक्रियाओं के रहस्यों को उजागर करने के लिए एक बड़ा कदम है।"

टीम ने अपनी विधि, जिसे कंप्रेस्ड स्पेक्ट्रल-टेम्पोरल कोहेरेंट मॉड्यूलेशन फेम्टोसेकंड इमेजिंग (सीएसटी-सीएमएफआई) के रूप में जाना जाता है, का वर्णन जर्नल ऑप्टिका में किया। इस प्रणाली का उपयोग करके, वे अल्ट्राफास्ट गतिविधियों जैसे कि फेम्टोसेकंड लेजर पल्स के बाद पानी में प्लाज्मा का बनना और जिंक सेलेनाइड (ZnSe) नामक सामग्री में उत्तेजित चार्ज वाहकों के व्यवहार को ट्रैक करने में सक्षम थे।

"वैज्ञानिकों को लेजर प्रकाश के प्रति तुरंत बदलने वाली सामग्रियों, बिजली की गति से परमाणुओं को पुनर्व्यवस्थित करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं और अविश्वसनीय रूप से छोटे समय में बायोमोलेक्यूल्स के गतिशील व्यवहार का अध्ययन करने में मदद करने के अलावा, सीएसटी-सीएमएफआई स्वच्छ ऊर्जा अनुसंधान, उन्नत विनिर्माण और वैज्ञानिक उपकरणों के लिए उपयोग की जाने वाली उच्च-शक्ति लेजर प्रौद्योगिकियों को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है," याओ ने कहा। "यह अत्यंत तेज़ समय में सामग्रियों के व्यवहार को बेहतर ढंग से समझने में सक्षम बनाकर अधिक कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स, बेहतर सौर सेल और तेज़ उपकरणों के विकास का भी नेतृत्व कर सकता है।"

सिर्फ एक चमक से ज्यादा कैद करना

यह कार्य ईस्ट चाइना नॉर्मल यूनिवर्सिटी में एक्सट्रीम ऑप्टिकल इमेजिंग लेबोरेटरी में चल रहे प्रयासों का हिस्सा है। एक प्रमुख फोकस सिंगल-शॉट अल्ट्राफास्ट ऑप्टिकल इमेजिंग है, जो एक ही एक्सपोजर में गैर-दोहराई जाने वाली घटनाओं को कैद करती है। पिछली तकनीकें मुख्य रूप से चमक, या प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन रिकॉर्ड करती थीं। लेकिन प्रकाश चरण की जानकारी भी ले जाता है, जो यह प्रकट करता है कि यह कैसे मुड़ता है या गति बदलता है। शोधकर्ताओं ने तीव्रता और चरण दोनों को एक साथ कैद करने का लक्ष्य रखा, जिससे एक अधिक संपूर्ण तस्वीर प्रदान की जा सके।

इसे प्राप्त करने के लिए, उन्होंने टाइम-स्पेक्ट्रम मैपिंग, कंप्रेसिव स्पेक्ट्रल इमेजिंग और कोहेरेंट मॉड्यूलेशन इमेजिंग को संयोजित किया। यह प्रणाली एक चिर्प्ड लेजर पल्स का उपयोग करती है जो कई तरंग दैर्ध्य से बनी होती है जो थोड़े अलग समय पर पहुंचती हैं, प्रभावी रूप से समय को तरंग दैर्ध्य से जोड़ती हैं। जब पल्स एक तेजी से बदलती घटना के साथ परस्पर क्रिया करती है, तो बिखरा हुआ प्रकाश विस्तृत स्थानिक, वर्णक्रमीय और चरण जानकारी ले जाता है, जिसे एक ही छवि में संपीड़ित किया जाता है। एक भौतिकी-सूचित तंत्रिका नेटवर्क तब इस डेटा को संसाधित करता है, तरंग दैर्ध्य को अलग करता है और समय के साथ तीव्रता और चरण दोनों का पुनर्निर्माण करता है ताकि एक ही शॉट से एक अल्ट्राफास्ट फिल्म बनाई जा सके।

प्लाज्मा और इलेक्ट्रॉन शैतानियों के रियल-टाइम दृश्य

परीक्षण में, टीम ने फेम्टोसेकंड लेजर द्वारा पानी में बनाए गए प्लाज्मा की जांच की, जो लेजर-आधारित चिकित्सा प्रक्रियाओं जैसे अनुप्रयोगों का समर्थन कर सकता है। इमेजिंग ने प्लाज्मा चैनल के भीतर चमक और चरण परिवर्तन दोनों को प्रकट किया, जिसमें एक घने मुक्त-इलेक्ट्रॉन प्लाज्मा का निर्माण भी शामिल है। उन्होंने ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बेहतर बनाने के लिए महत्वपूर्ण, यह समझने के लिए ZnSe में वाहक गतिकी का भी अध्ययन किया कि प्रकाश द्वारा उत्तेजित होने के बाद विद्युत आवेश कैसे चलते हैं।

"सीएसटी-सीएमएफआई का उपयोग करके, हम वाहक गतिकी से जुड़े चरण भिन्नताओं को देखने में सक्षम थे, भले ही तीव्रता में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं थे," याओ ने कहा। "यह हमारी विधि का एक प्रमुख लाभ उजागर करता है: सूक्ष्म अल्ट्राफास्ट प्रक्रियाओं का पता लगाने में चरण माप तीव्रता माप की तुलना में बहुत अधिक संवेदनशील हो सकते हैं।"

भविष्य की योजनाएं: क्योंकि एक सेकंड का खरबवां हिस्सा भी पर्याप्त तेज़ नहीं है

आगे देखते हुए, शोधकर्ता इस विधि को इंटरफेस डायनेमिक्स और अल्ट्राफास्ट फेज ट्रांजिशन जैसी अतिरिक्त घटनाओं का अध्ययन करने के लिए लागू करने की योजना बना रहे हैं। वर्तमान में, सीएसटी-सीएमएफआई वर्णक्रमीय जानकारी को अस्थायी जानकारी में परिवर्तित करता है, जो वर्णक्रमीय परिवर्तनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील प्रक्रियाओं का अध्ययन करने की इसकी क्षमता को सीमित करता है। इसे संबोधित करने के लिए, टीम का लक्ष्य सीएसटी-सीएमएफआई को कंप्रेसिव अल्ट्राफास्ट फोटोग्राफी के साथ जोड़ना है, जो वर्णक्रमीय और अस्थायी जानकारी को अलग से कैद करने की अनुमति देगा, जिससे प्रौद्योगिकी की बहुमुखी प्रतिभा में काफी विस्तार होगा।