अणुओं को दर्पणों के बीच फँसाने से यहाँ कुछ नहीं बदलता

साधारण सौर सेल हर फ़ोटॉन की ऊर्जा का एक हिस्सा ऊष्मा के रूप में बर्बाद कर देते हैं। इस सीमा से बचने का एक प्रस्तावित तरीक़ा सिंगलेट विखंडन है: कुछ कार्बनिक पदार्थों में, प्रकाश से बना एक उत्तेजन (एक “सिंगलेट”) कम ऊर्जा वाले दो उत्तेजनों (“ट्रिपलेट”) में बँट जाता है। अगर दोनों को इकट्ठा किया जा सके, तो एक फ़ोटॉन एक के बजाय दो आवेश देता है।

शोधपत्र के अनुसार, दिक़्क़त यह है कि विखंडन अणुओं की संरचना और उनके जमाव के प्रति बहुत संवेदनशील है, जिसे अनुकूलित करने में बहुत रासायनिक मेहनत लगती है।

प्रकाश और पदार्थ को मिलाना

एक आकर्षक छोटा रास्ता यह है कि अणुओं को नहीं, बल्कि उनके प्रकाशीय परिवेश को बदला जाए। एक पतली परत को दो पास-पास रखे दर्पणों के बीच रखिए, तो भीतर फँसा प्रकाश अणुओं से इतनी मज़बूती से युग्मित हो सकता है कि वे प्रकाश–पदार्थ की संकर अवस्थाएँ बना लेते हैं, जिन्हें पोलैरिटॉन कहते हैं। सिद्धांत रूप में, ये रसायन को छुए बिना विखंडन जैसी प्रक्रियाओं को तेज़, धीमा या उनकी दिशा बदल सकते हैं।

प्रयोगों के नतीजे परस्पर विरोधी रहे हैं। एक अणु, TIPS-पेंटासीन, में कोई बदलाव नहीं मिला। रूब्रीन के लिए, चाँदी के दर्पणों वाले 2019 के एक अध्ययन ने बताया कि विखंडन दब गया था। नए शोधपत्र के लेखक एक समस्या की ओर ध्यान दिलाते हैं: बताए गए बदलाव पिकोसेकंड तक टिके, जबकि क्षयी (लॉसी) चाँदी के दर्पणों के बीच प्रकाश केवल लगभग दसवाँ पिकोसेकंड ही टिकता है। और दर्पण ख़ुद जाँच वाले प्रकाश पर एक फ़िल्टर की तरह काम करते हैं, जिससे ऐसी त्रुटियाँ (आर्टिफ़ैक्ट) बनती हैं जो अणुओं में बदलाव जैसी दिख सकती हैं।

वहाँ मापना जहाँ दर्पण अंधे हैं

Jenny Clark (शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय) और शेफ़ील्ड, ऑक्सफ़ोर्ड, वारविक और बाथ के सहकर्मियों ने परावैद्युत (डाइइलेक्ट्रिक) दर्पणों से गुहिकाएँ बनाईं, जो सिलिका और टाइटेनियम डाइऑक्साइड की परतों के ढेर हैं और दृश्य प्रकाश में तेज़ी से परावर्तन करते हैं लेकिन निकट-अवरक्त प्रकाश को गुज़रने देते हैं। फिर उन्होंने विखंडन को निकट-अवरक्त में, लगभग 1,200 नैनोमीटर पर ट्रैक किया, यानी दर्पणों द्वारा परावर्तित पट्टी से बाहर, जहाँ गुहिका संकेत को विकृत नहीं कर सकती। एक नंगी परत पर उन्होंने जाँचा कि यह अवरक्त संकेत विखंडन को ठीक वैसे ही ट्रैक करता है जैसे दृश्य संकेत।

उन्होंने तुलना की:

• एक निम्न-गुणवत्ता वाली गुहिका की, जहाँ प्रकाश लगभग 25 फ़ेम्टोसेकंड टिकता है;
• एक उच्च-गुणवत्ता वाली गुहिका की, जहाँ यह लगभग 330 फ़ेम्टोसेकंड टिकता है;
• अलग-अलग ऊर्जाओं पर ट्यून की गई गुहिकाओं की, +20 से −110 मिलीइलेक्ट्रॉनवोल्ट तक, जो पिछली रिपोर्ट की स्थितियों को समेटती हैं;
• एक नंगी परत और केवल निचले दर्पण वाली एक “खुली गुहिका” की।

सभी गुहिकाओं में प्रकाश और अणु मज़बूती से प्रबल-युग्मन (strong coupling) व्यवस्था में थे, लगभग 100 मिलीइलेक्ट्रॉनवोल्ट के विभाजन के साथ।

हर जगह वही विखंडन

हर मामले में विखंडन लगभग अपरिवर्तित चला। वही मॉडल, वही दरों के साथ, खुली गुहिका और दोनों प्रबल-युग्मित गुहिकाओं का वर्णन करता था: विखंडन का पहला चरण तीनों में 130 प्रति नैनोसेकंड की दर से हुआ। ट्यूनिंग बदलने से भी कोई फ़र्क़ नहीं पड़ा।

टीम ने स्पेक्ट्रा में छोटे बदलाव ज़रूर देखे, लेकिन विस्तृत प्रकाशीय सिमुलेशनों ने उन्हें दर्पणों में व्यतिकरण (इंटरफ़ेरेंस) प्रभावों के रूप में दोहराया, बदली हुई प्रकाश-भौतिकी के रूप में नहीं। एक तीसरी, स्वतंत्र तकनीक, काल-विभेदित इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेज़ोनेंस, ट्रिपलेट के स्पिनों की जाँच प्रकाश के बजाय चुंबकत्व के ज़रिए करती है, और इसने गुहिका के साथ और बिना, वही ट्रिपलेट संकेत दिखाया।

एक बारीकी बताती है कि भटक जाना कितना आसान है। गुहिकाओं में विखंडन नंगी परत की तुलना में लगभग 20% तेज़ था, लेकिन खुली गुहिका में भी उतना ही तेज़ था, जिसमें न ऊपरी दर्पण है न प्रबल युग्मन। लेखक इसका कारण निचले दर्पण की टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत के संपर्क को बताते हैं।

गुहिका रसायन के लिए इसका क्या अर्थ है

लेखक लिखते हैं कि ये नतीजे रूब्रीन में पोलैरिटॉन द्वारा बदले गए विखंडन की पिछली रिपोर्ट पर “गंभीर संदेह पैदा करते हैं”, और TIPS-पेंटासीन अध्ययन से सहमत हैं: अयुग्मित आणविक अवस्थाओं का विशाल भंडार गतिकी पर हावी रहता है। उनका सुझाव है कि पहले देखे गए बदलाव संभवतः प्रकाशीय त्रुटियों, सतही प्रभावों, या द्वितीय-क्रम प्रक्रियाओं से आए जिनमें उत्तेजन एक-दूसरे को नष्ट कर देते हैं, और गुहिका-नियंत्रित रसायन के किसी भी भावी दावे को पहले इन्हें ख़ारिज करना चाहिए। उनका तर्क है कि दर्पणों की परावर्तन-पट्टी से बाहर जाँच करना ऐसा करने का एक आसान तरीक़ा है।