ये दुर्लभ, चरम शिखर ही इस खोज की कुंजी हैं। जब इनमें से कोई एक किसी परमाणु से टकराता है, तो यह औसत शक्ति में बिना किसी वृद्धि के, टनलिंग आयनीकरण जैसी नॉनलीनियर प्रक्रिया के लिए आवश्यक सीमा को पार कर सकता है।
इस महत्वपूर्ण प्रयोग में, ईस्ट चाइना नॉर्मल यूनिवर्सिटी के जियान वू के समूह ने एक एकल सोडियम परमाणु पर मात्र 300 नैनोजूल (nJ) की औसत ऊर्जा वाली BSV पल्स को निर्देशित किया । इससे उत्पन्न टनलिंग आयनीकरण की मात्रा उस स्तर से मेल खाती थी, जो टीम केवल 7.1 माइक्रोजूल (µJ) की ऊर्जा वाली शास्त्रीय सुसंगत लेज़र पल्स का उपयोग करके हासिल कर सकी
।
यह नॉनलीनियर दक्षता में एक प्रभावी ~24 गुना वृद्धि है। शोधकर्ताओं ने लेज़र की शक्ति नहीं बढ़ाई; उन्होंने प्रकाश की क्वांटम सांख्यिकी में हेरफेर किया। इसके अलावा, फेज़ स्क्वीज़िंग की डिग्री को समायोजित करके, वे BSV की प्रभावी तीव्रता को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते थे—जैसे एक डायल को घुमाना—जबकि औसत पल्स ऊर्जा को स्थिर रखा गया था ।
| BSV पल्स ऊर्जा | समतुल्य शास्त्रीय पल्स ऊर्जा | एन्हांसमेंट फैक्टर |
|---|---|---|
| 300 nJ | 7.1 µJ | ~24× |
यह किसी मजबूत-क्षेत्र प्रक्रिया में एक नॉनलीनियर क्वांटम संसाधन का शास्त्रीय प्रकाश से बेहतर प्रदर्शन करने का पहला प्रायोगिक अवलोकन है ।
टनलिंग आयनीकरण, हाई-हार्मोनिक जनरेशन (HHG) में पहला और सबसे महत्वपूर्ण कदम है, जो एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट (XUV) प्रकाश की एटोसेकंड पल्स उत्पन्न करने की मानक टेबल-टॉप विधि है । ये पल्स परमाणु दुनिया की स्ट्रोब लाइट्स की तरह हैं, जिनका उपयोग इलेक्ट्रॉनों की गति को फिल्माने के लिए किया जाता है। BSV तकनीक इस खेल को कई तरीकों से बदल सकती है।
पहला, यह बड़े और अधिक हानिकारक पंप लेज़र बनाए बिना अधिक चमकदार एटोसेकंड पल्स का मार्ग प्रदान करता है। क्वांटम सांख्यिकी के साथ आयनीकरण उपज को बढ़ाकर, शोधकर्ता संभावित रूप से उसी या उससे भी कम औसत पंप ऊर्जा से अधिक तीव्र हाई-हार्मोनिक प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं ।
दूसरा, BSV चालक के क्वांटम गुणों को एटोसेकंड पल्स में स्थानांतरित किया जा सकता है। हाल के काम ने दिखाया है कि जब BSV, HHG को संचालित करने के लिए एक मजबूत लेज़र क्षेत्र के साथ मिलता है, तो परिणामी XUV पल्स चालक की स्क्वीज़िंग विशेषताओं को विरासत में ले सकती हैं, एक नई स्पेक्ट्रल रेंज में गैर-शास्त्रीय प्रकाश उत्पन्न करती हैं ।
तीसरा, और शायद सबसे व्यावहारिक रूप से, यह तकनीक सैंपल डैमेज को भारी रूप से कम कर सकती है। कई एटोसेकंड पंप-प्रोब प्रयोगों में, प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए आवश्यक बहुत उज्ज्वल पल्स, सैंपल को नष्ट करने का जोखिम भी पैदा करती हैं। BSV जमा की गई कुल ऊर्जा को कम रखते हुए उच्च शिखर क्षेत्र प्रदान करता है, जो इसे संभावित रूप से एक अधिक कोमल जांच बनाता है ।
एक महत्वपूर्ण सहायक प्रगति इज़राइल के टेक्नियन प्रौद्योगिकी संस्थान से आई है, जहां शोधकर्ताओं ने हाल ही में फेमटोसेकंड BSV पल्स की एकल-शॉट टेम्पोरल विशेषता का प्रदर्शन किया है । इन स्वाभाविक रूप से उतार-चढ़ाव वाली पल्स को वास्तविक प्रायोगिक अनुक्रमों में तैनात करने के लिए, प्रत्येक BSV शॉट की सटीक समय प्रोफ़ाइल को मापने में सक्षम होना आवश्यक है।
यह सिद्धांत गैस-फेज परमाणुओं से कहीं आगे तक फैला हुआ है। BSV को धातु की सुई के सिरों से मजबूत-क्षेत्र फोटोएमिशन को चलाने के लिए दिखाया गया है, जो उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन पठार और कटऑफ जैसे चरम नॉनलीनियर भौतिकी के विशिष्ट हस्ताक्षर उत्पन्न करता है । सैद्धांतिक और प्रारंभिक प्रायोगिक कार्य हाई-हार्मोनिक जनरेशन, थ्रेशोल्ड से ऊपर आयनीकरण, और यहां तक कि सॉलिड-स्टेट डाइइलेक्ट्रिक्स में नॉनलीनियर टनलिंग में संभावित क्वांटम एन्हांसमेंट की ओर इशारा करते हैं
।
हालाँकि, एक गंभीर चुनौती भी है। BSV बहुत नाजुक है। इन क्वांटम अवस्थाओं को किसी भी माध्यम से संचारित करने से हानियाँ होती हैं जो स्क्वीज़िंग को ख़राब कर देती हैं। माध्यम का परमाणु अध:पतन और आयनीकरण डीकोहेरेंस चैनलों के रूप में कार्य कर सकता है, एक अध्ययन में पाया गया कि ऐसे प्रभाव सुसंगत लेज़र प्रकाश की तुलना में हार्मोनिक उपज को दो ऑर्डर ऑफ़ मैग्नीट्यूड से अधिक कम कर सकते हैं । अब केंद्रीय अनुसंधान लक्ष्य ऐसी सामग्रियों और अंतःक्रिया ज्यामितियों का इंजीनियर करना है, जो संचरण के दौरान क्वांटम सांख्यिकी को संरक्षित रखें।
यह कार्य क्वांटम प्रकाशिकी में एक आदर्श बदलाव (पैराडाइम शिफ्ट) के केंद्र में बैठता है। अपने अधिकांश इतिहास में, क्वांटम शोर दुश्मन था—माप सटीकता पर एक मौलिक सीमा जिसे दबाने के लिए इंजीनियर संघर्ष करते थे। BSV परिणाम नवीनतम और सबसे नाटकीय प्रदर्शन है कि क्वांटम उतार-चढ़ाव को एक नियंत्रणीय, कार्यात्मक संसाधन के रूप में फिर से परिभाषित किया जा सकता है ।
स्क्वीज़िंग प्रभावी रूप से क्वांटम सांख्यिकी को एक नई तरह की नॉनलीनियर ड्राइविंग शक्ति में बदल देती है। यह विचार अब कई शोध सीमाओं पर साकार हो रहा है:
शक्ति बढ़ाने के बजाय प्रकाश की सांख्यिकी को बदलकर हासिल की गई 24 गुना वृद्धि केवल एक चतुर प्रायोगिक चाल नहीं है। यह इस बातचीत को रीसेट करती है कि हम क्वांटम सीमा पर नॉनलीनियर प्रक्रियाओं को कैसे संचालित करते हैं और एक ऐसे भविष्य की ओर एक कदम है जहां क्वांटम प्रकाशिकी और मजबूत-क्षेत्र भौतिकी के बीच की सीमा पूरी तरह से गायब हो जाती है।
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