ফাটল ধরা অণু-কেলাস, যা জোড়া লেগে আবার আলো আটকায়

ফোটোনিক যন্ত্র ছোট হয়ে আসছে: আলো বহনকারী গাইড, আলো আটকে রাখা অনুনাদক (resonator), লেজার। সেই মাপে একটি আণুবীক্ষণিক ফাটলই এগুলো নষ্ট করে দিতে যথেষ্ট। লেখকেরা লিখছেন, জৈব আলোক-কেলাসে ফাটল কীভাবে তৈরি হয় আর জোড়া লাগে, তা “অনেকাংশেই অনাবিষ্কৃত”।

যে কেলাস নিজের ফাটল নিজেই সারিয়ে তোলে, তাঁদের ভাষায় তা “একটি বিরল ও উল্লেখযোগ্য ঘটনা”। গবেষণাপত্রে উদ্ধৃত আগের উদাহরণের মধ্যে আছে সৈন্ধব লবণ, পটাশিয়াম ক্লোরাইড ও অ্যালুমিনা, আর কয়েকটি আণবিক কেলাস। কিন্তু সেগুলোর বেশিরভাগই ছিল মিলিমিটার থেকে সেন্টিমিটার লম্বা, সামলানো হতো চিমটা আর সুচ দিয়ে। কয়েকটি জোড়া লাগত ধীরে: প্রায় 3 মিলিমিটার লম্বা কেলাস 24 ঘণ্টা চাপ দেওয়ার পরও মাত্র 6.7% পুনরুদ্ধার হয়েছিল। অন্য কিছু, সুচের আকারের, কয়েক মিলিসেকেন্ডে আবার জুড়ে গিয়েছিল।

হাতুড়ি হিসেবে অণুবীক্ষণের ডগা

ভারতের হায়দরাবাদ বিশ্ববিদ্যালয় ও কর্ণাটক কেন্দ্রীয় বিশ্ববিদ্যালয়ের Melchi Chosenyah, Rajadurai Chandrasekar ও তাঁদের সহকর্মীরা নেমে গেছেন সেই মাপে, যেখানে কেলাস আলোক-উপাদান হিসেবে কাজ করে। তাঁরা ব্যবহার করেছেন HDMAC নামের একটি জৈব যৌগ, যা অতিবেগুনি আলোয় কমলা-লাল আভা দেয়, আর তার নিঃসরণের কেন্দ্র 660 ন্যানোমিটারে। কাচের স্লাইডে এর দ্রবণ ফেললে কয়েক দশ মাইক্রোমিটার চওড়া পাতলা বর্গাকার ও আয়তাকার কেলাস তৈরি হয়।

তাঁদের হাতিয়ার ছিল একটি অ্যাটমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপের (atomic force microscope) ক্যান্টিলিভারের ডগা, যা নিয়ন্ত্রিতভাবে কেলাসে ফাটল ধরাতে এবং টুকরোগুলো আবার একসঙ্গে ঠেলে দিতে — দুই কাজেই ব্যবহার করা হয়েছে। লেখকেরা তাঁদের শব্দভান্ডার ধার নিয়েছেন হাড় ভাঙার পরিভাষা থেকে: অনুপ্রস্থ ফাটল কেলাসের আড়াআড়ি যায়, অনুদৈর্ঘ্য ফাটল তার দৈর্ঘ্য বরাবর, তির্যক ফাটল কোনাকুনি; আর অ্যাভালশন (avulsion) একটি ছোট টুকরো ছিঁড়ে নেয়।

যে টুকরোগুলো জুড়ে যায়

প্রায় 13.7 বাই 12.5 মাইক্রোমিটারের একটি কেলাসে, কেলাসের পাশটি ভেতরের দিকে ঠেলতেই একটি তির্যক ফাটল মিলিয়ে গেল। ইলেকট্রন অণুবীক্ষণ যন্ত্রের নিচে মেরামতটি প্রায় নিখুঁত দেখাল, উচ্চ বিবর্ধনে একটি আবছা রেখাসহ। কেবল যেখান থেকে একটি টুকরো ছিঁড়ে নেওয়া হয়েছিল, সেই জায়গাটি জোড়া লাগেনি।
প্রায় 20 মাইক্রোমিটার লম্বা একটি কেলাসকে দুটি আলাদা টুকরোয় ভাগ করা হয়েছিল। আবার সারিবদ্ধ করে একসঙ্গে চেপে ধরতেই সেগুলো তৎক্ষণাৎ জুড়ে গেল। পরে ডগা দিয়ে ঠেললে কেলাসটি একটি অখণ্ড বস্তুর মতো সরে গেল।
দুটি ভিন্ন কেলাস-তল বরাবর ফাটল, দুটিই জোড়া লেগেছে। ভাঙা পৃষ্ঠ পরিষ্কার থাকলে প্রায় সব অণু-কেলাসই জোড়া লেগেছে; ভাঙনের জায়গায় ছড়িয়ে থাকা ক্ষুদ্র ধ্বংসাবশেষ জোড়া লাগায় বাধা দিয়েছে।
একই আণবিক বিন্যাসের একটি বড়, পাতের মতো কেলাস পরিষ্কারভাবে না ফেটে চূর্ণবিচূর্ণ হয়ে গেল, আর জোড়া লাগল না।

কতটা আলো ফিরে আসে

লম্বা কেলাস ওয়েভগাইড হিসেবে কাজ করে: এক প্রান্তে নিঃসৃত আলো অন্য প্রান্তে পৌঁছায়। 271 মাইক্রোমিটার লম্বা একটি কেলাসে দলটি এক প্রান্তে 405 ন্যানোমিটারের লেজার ফেলে অন্য প্রান্তে পরিচালিত আভা সংগ্রহ করেছে — ফাটল ধরানোর আগে ও জোড়া লাগার পরে। দুটির তুলনায় পাওয়া গেছে প্রায় 80% “জোড়া লাগার দক্ষতা”। এমন ছয়টি কেলাসে তা ছিল 32% থেকে 99%। ক্ষতি এসেছে মেরামত হওয়া ফাটলে বিক্ষিপ্ত আলো থেকে, বিশেষ করে যেখানে টুকরো হারিয়ে গিয়েছিল।

অনুনাদক পুনরুদ্ধার

পাতলা কেলাস অনুনাদক হিসেবেও কাজ করে: তাদের ওপরের ও নিচের তল আয়নার কাজ করে, তাই তাদের মাঝে কেবল নির্দিষ্ট কিছু রঙের আলোই জমে ওঠে। কেলাস যত পাতলা, এই অনুনাদগুলোর মধ্যে ব্যবধান তত বেশি। 31 বাই 28 মাইক্রোমিটার ও 1.8 মাইক্রোমিটার পুরু একটি কেলাসে অনুনাদগুলোর মধ্যে ব্যবধান ছিল 17.8 ন্যানোমিটার।

দলটি সেটিকে মাঝখান দিয়ে লম্বালম্বি ফাটিয়েছে, দুই ভাগ না করে। ফাটলের জায়গায় অনুনাদগুলো প্রবলভাবে চাপা পড়ে গেল। জোড়া লাগার পর সেগুলো ফিরে এল, অক্ষত কেলাসের বর্ণালির সঙ্গে মিলে যাওয়া বর্ণালি নিয়ে। প্রতি 257 ন্যানোমিটার অন্তর স্তরে স্তরে তোলা প্রতিপ্রভা (fluorescence) ছবিতে কেবল ওপরের স্তরগুলোতে ফাটলের আবছা চিহ্ন দেখা গেছে; প্রায় 770 ন্যানোমিটারের নিচে ভেতরটা জোড়া লাগা মনে হয়েছে।

জোড়ের জায়গায় নরম

একই বল দিয়ে কেলাসে চেপে ধরা একটি হিরের ডগা অক্ষত অংশে 95 ন্যানোমিটার আর জোড়া লাগা অংশে 115 ন্যানোমিটার ঢুকেছে। জোড়া লাগা অংশের দৃঢ়তা, অর্থাৎ তার ইয়ং গুণাঙ্ক, 2.15 থেকে নেমে 1.49 গিগাপ্যাসকেল হয়েছে, মূলের প্রায় দুই-তৃতীয়াংশ, আর তার কাঠিন্য মোটামুটি অর্ধেক হয়ে গেছে। তবু ভার সরিয়ে নিলে সেটি আংশিকভাবে আগের অবস্থায় ফিরে আসত।

টুকরোগুলোকে একসঙ্গে ধরে রাখে কী? অণুগুলোর মধ্যকার বলের হিসাব ইঙ্গিত করে দুটি জোড়-তল বরাবর আকর্ষণের অবিচ্ছিন্ন শৃঙ্খলের দিকে: অণুগুলোর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন আর পাশাপাশি স্তরের মধ্যে দ্বিমেরু আকর্ষণ, যেগুলোকে লেখকেরা চালিকাশক্তিগুলোর একটি হিসেবে দেখেন।

লেখকেরা জোর দিয়ে বলেন, কোনো একটিমাত্র সংখ্যা জোড়া লাগার দক্ষতাকে ধরতে পারে না: কেলাসের আকার, ফাটলের ধরন আর টুকরোগুলো কত ভালোভাবে আবার সারিবদ্ধ হলো — সবই ফল বদলে দেয়। তাঁদের লক্ষ্য এমন আলোক-উপাদান, যা ক্ষতি সয়েও টিকে থাকে — আভাময় কেলাস, যা একবার ভেঙে গেলেও আবার কাজে লাগানো যায়।