टोक्यो यूनिवर्सिटी और सहयोगी संस्थानों की एक टीम ने हैट टाइल के नैनोस्केल एरे बनाए और एक पहले कभी न देखी गई ऑप्टिकल घटना देखी: चिरल डिफ़्रैक्शन ।
जब लेज़र प्रकाश हैट पैटर्न पर पड़ता है, तो परिणामी डिफ़्रैक्शन एक विशिष्ट पंखे के आकार का पैटर्न बनाता है जो ऑप्टिकल प्रतिक्रिया में एक अंतर्निहित 'हैंडेडनेस' (चिरलिटी) को प्रकट करता है । यह पारंपरिक आवधिक क्रिस्टल या क्वासिक्रिस्टल में देखे जाने वाले डिफ़्रैक्शन से मौलिक रूप से अलग है। चिरलिटी स्वयं हैट टाइल का गुण नहीं है - जो स्वयं अचिरल है - बल्कि यह एपिरियोडिक टाइलिंग की टूटी हुई दर्पण सममिति से उत्पन्न होती है ।
एक शोधकर्ता ने कहा, 'हम देखना चाहते थे कि क्या यह अनोखी आकृति कोई अप्रत्याशित भौतिक घटना उत्पन्न कर सकती है' । इसका जवाब एक निश्चित 'हां' था: डिफ़्रैक्शन पैटर्न आने वाली रोशनी की दिशा और ध्रुवण के आधार पर बदलते हैं, जिससे संरचना की चिरलिटी सीधे बिखरी हुई रोशनी में पढ़ने योग्य हो जाती है ।
शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी का उपयोग करके सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्मों पर अपनी ऑप्टिकल संरचनाएं बनाईं । इसने उन्हें नैनोस्केल पर जटिल, गैर-दोहराए जाने वाले हैट-टाइल एरे को पैटर्न करने की अनुमति दी। प्रयोग ने पहले के सैद्धांतिक पूर्वानुमानों की पुष्टि की, जिनमें सुझाव दिया गया था कि हैट मोनोटाइल में अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुण हो सकते हैं ।
'हैट' टाइल सबसे पहले आइंस्टाइन समस्या के समाधान के रूप में सामने आई: क्या एक ऐसी एकल आकृति मौजूद है जो तल को केवल एपिरियोडिक रूप से, बिना किसी आवधिक व्यवस्था के, टाइल कर सके? । स्मिथ द्वारा, सहयोगियों क्रेग कपलान, चैम गुडमैन-स्ट्रॉस और जोसेफ मायर्स के साथ मिलकर की गई यह खोज 2023 में प्रकाशित हुई और जल्दी ही एक प्रमुख गणितीय सफलता के रूप में पहचानी गई ।
भौतिकविदों ने जल्दी ही महसूस किया कि इस टाइल के वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग हो सकते हैं। 2023 में शिरमैन, फ्रैंका, फ्लिकर और ग्रुशिन द्वारा शुरुआती सैद्धांतिक कार्य ने भविष्यवाणी की थी कि हैट मोनोटाइल पर एक टाइट-बाइंडिंग मॉडल 'ग्रैफीन जैसी विशेषताएं, चिरलिटी और जीरो-मोड' प्रदर्शित करेगा । स्पेक्ट्रल फ़ंक्शन ने ग्रैफीन के समान छह गुना सममिति और डिराक जैसी विशेषताएं दिखाईं, लेकिन एक महत्वपूर्ण अंतर के साथ: मोनोटाइल स्पेक्ट्रल फ़ंक्शन चिरल था, जो इसके दो एनैन्टियोमर के लिए अलग था । टोक्यो का नया प्रायोगिक कार्य उन सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को जीवंत करता है।
इस खोज के कई आशाजनक ऑप्टिकल तकनीकी निहितार्थ हैं :
नेचर कम्युनिकेशंस में 29 जुलाई, 2026 को प्रकाशित यह कार्य एक प्रूफ़-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रदर्शन है । व्यावहारिक उपकरण अभी तक विकसित नहीं हुए हैं। हालांकि, यह क्षेत्र तेजी से आगे बढ़ रहा है। अन्य हालिया पेपरों ने एपिरियोडिक पोलरिटॉन मोनोटाइल में क्रिटिकल स्टेट्स और वेव ट्रांसपोर्ट के साथ-साथ एपिरियोडिक मोनोटाइल से क्वांटम एरर-करेक्टिंग कोड का पता लगाया है, जो बताता है कि हैट टाइल का प्रभाव अपने गणितीय मूल से कहीं आगे बढ़ रहा है।
इन नैनोस्केल हैट एरे में देखी गई चिरलिटी चिरल प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रियाओं की एक व्यापक खोज में शामिल होती है, जिसमें मुड़ बाइलेयर फोटॉनिक क्रिस्टल का उपयोग करके ऑप्टिकल चिरलिटी का गतिशील नियंत्रण और आंतरिक चिरल स्मिथ-पर्सेल प्रभाव शामिल हैं। मोनोटाइल प्लेटफ़ॉर्म की सादगी - एक एकल (हालाँकि कभी दोहराई नहीं जाने वाली) आकृति - इसे आगे के अध्ययन के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाती है।
एक रिपोर्ट ने सारांशित किया, 'स्मिथ हैट मोनोटाइल पर आधारित ऑप्टिकल संरचनाओं ने पंखे के आकार के डिफ़्रैक्शन पैटर्न उत्पन्न किए जिन्होंने सीधे चिरलिटी का खुलासा किया। ऑप्टिकल प्रतिक्रिया पारंपरिक क्वासिक्रिस्टल से मौलिक रूप से अलग थी' ।