निसर्गात प्रकाशाचे विविध आविष्कार पहावयास मिळतात. आकाशातील इंद्रधनुष्य, निळे आकाश, सूर्यास्ताच्या वेळेचा संधिप्रकाश, आकाशातील पांढरे ढग इत्यादी दृश्य प्रकाशाच्या परिणामांची रूपे आहेत. डोळ्याने पाहू शकणाऱ्या दृश्य तरंगलांबीला आपण प्रकाश म्हणतो. परंतु, भौतिकीशास्त्राच्या व्याख्येनुसार विद्युत चुंबकीय प्रारणाच्या व्यापक पट्ट्याला प्रकाश म्हटले जाते. या पट्ट्यातील ४००–७०० नॅमी. तरंगलांबीचा पट्ट दृश्य किरणाचा असल्याने तो डोळ्याने पाहता येऊ शकतो.
प्रकाश एकाच माध्यमातून सरळ रेषेत जातो. परंतु, एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमात म्हणजेच हवेतून पाण्यात किंवा काचेच्या एका थरातून दुसऱ्या थरात गेल्यावर त्याची दिशा बदलते. या परिणामाला ‘अपवर्तन’ अथवा ‘प्रणमन’ असे म्हणतात. दोन माध्यमांच्या आंतरपृष्ठाला लंब काढून त्याच्या संदर्भाने आपाती कोन आणि अपवर्तित कोन ठरविण्यात येतो. साधारणत: पहिल्या माध्यमातील आपाती किरणे दुसऱ्या माध्यमात अपवर्तित होऊन आंतरपृष्ठ लंबाच्या विरुद्ध बाजूने दुसऱ्या माध्यमात जातात. उदा., काचेच्या ग्लासात ठेवलेली पेन्सिल किंवा स्ट्रॉ ही काचेच्या बाजूला वाकलेली दिसते किंवा तिरपी दिसते (आ. १).
वरील परिणामाच्या अगदी उलट, आपाती कोन आंतरपृष्ठाच्या लंबाला ज्या बाजूने छेदतात, अपवर्तित किरणे सुद्धा दुसऱ्या माध्यमात त्याच बाजूने अपवर्तित होतात. याला प्रकाशाचे ‘ऋण अपवर्तन’ असे म्हणतात (आ. २).
ऋण अपवर्तन परिणामात अपवर्तित किरणे फक्त काही अंशांनी स्थानांतरित होत नाहीत, तर सामान्य अपवर्तित किरणांच्या अगदी विरुद्ध कोनातून त्याचे अपवर्तन होते. ऋण अपवर्तन परिणाम निसर्गात आढळून येत नाही. परंतु, १९६० च्या सुरुवातीला या परिणामांची विशिष्ट संरचना असलेले अब्जांश पदार्थ तयार करण्यात आले.
अब्जांश प्रकाशकी (Nanophotonics) : अब्जांश प्रकाशकी या क्षेत्राच्या पुढील वाटचालीकरिता ऋण अपवर्तन हा परिणाम महत्त्वाचा आहे. यामुळे अब्जांश आणि सूक्ष्म स्तरावर प्रकाशाचे वर्तन समजण्यास आणि त्याला हाताळण्यास मदत होणार आहे. अब्जांश व सूक्ष्म स्तरांतील पदार्थातील रचनेच्या संयोजनाद्वारे आणि वेळ व श्रम-तीव्रतर प्रक्रियेने तयार करण्यात आलेल्या जर्मेनियम धातू थराच्या लेपनाची जोड दिल्याने ऋण अपवर्तन अब्जांश पदार्थाला विशिष्ट गुणधर्म प्राप्त होतात. या अब्जांश पदार्थांची निर्मिती करण्यात संशोधकांना यश आले आहे. संशोधकांनी अपवादात्मकपणे हलक्या सिरॅमिकची निर्मिती केली, जे स्पंजाप्रमाणे आकुंचित होऊन पूर्ववत मूळ आकारात येते. असे अब्जांश पदार्थ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखाली पाहिले असता, त्याची संरचना एखाद्या जालकासारखी किंवा पोकळ घनासारखी दिसते (आ. ३). प्रत्येक घन इतका लहान असतो की, घनाची रचना शंभरपट कमी असते. जालकाची रचना बहुवारिक पदार्थ वापरून तयार करण्यात येते, कारण त्यामुळे त्रिमितीय मुद्रणात काम करणे तुलनेने सोपे जाते.
अब्जांश स्तरावर विशिष्ट धातूसह समान रीतीने लेपन करून बहुवारिकांची निर्मिती करण्याकरिता संशोधकांनी ‘स्पुरंजन तंत्र’ (Sputtering technique) संशोधन पद्धती नव्याने विकसित केली आहे. यामध्ये उच्च ऊर्जा आयन कणांचा जर्मेनियमच्या चकतीवर भडिमार करण्यात आला. त्यामुळे चकतीवरील जर्मेनियम अणूचा स्फोट होऊन अणू मुक्त झाले आणि बहुवारिक जालकाच्या पृष्ठभागावर स्थिरावले. या तंत्राचा उपयोग दूरसंचार, वैद्यकीय प्रतिमाकरण, रडार क्लृप्तीकरण आणि संगणन यामध्ये केला जातो. तसेच प्रकाशकी समाकलन मंडल (Photonic Integrated Circuit, PIC) या उपकरणाचा वापर संदेशवहन, शेती आणि स्वयंचलित मोटार वहन, डीएनए अनुक्रम किंवा जैव रसायन तसेच संरक्षण व अंतराळ उद्योग आणि खगोलशास्त्र या क्षेत्रांमध्ये केला जातो.
गॉर्डन मूर (Gordon Moore) यांनी भाकीत केल्याप्रमाणे समाकलित मंडलावरील ट्रान्झिस्टरची संख्या दर दोन वर्षांनी दुप्पट आणि किंमत निम्मी होणार आहे. तथापि सध्याच्या सिलिकॉन अर्धसंवाहकाद्वारे अनुमती असलेल्या ऊर्जा अपाकरणाने (Power dissipation) आणि ट्रान्झिस्टर घनतेवरील मूलभूत मर्यादांमुळे मूर यांचे भाकीत संपुष्टात येण्याच्या टप्प्यात असल्याचे संशोधकांचे म्हणणे आहे.
इलेक्ट्रॉनिक ट्रान्झिस्टर शक्य तितके लहान बनविले जात आहेत. परंतु, अब्जांश प्रकाशकी या शाखेचे कार्य प्रकाशीय गुणधर्म प्रदर्शित करण्याच्या दिशेने मोठे पाऊल आहे. याचा उपयोग त्रिमितीय प्रकाशकी मंडले सक्षम करण्यासाठी केला जातो. कारण प्रकाश इलेक्ट्रॉनपेक्षा खूप वेगाने प्रवाहित होत असल्याने त्रिमितीय प्रकाशकी मंडले पारंपरिक मंडलांपेक्षा खूप वेगवान असतील.
संदर्भ :
- https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=6225
- https://www.google.com/amp/s/phys.org/news/2022-01-nano-architected-material-refracts-important-photonic.amp
- https://www.nature.com/articles/s41377-022-00972-9
समीक्षक : वसंत वाघ
