रेणूंना आरशांमध्ये अडकवून इथे काहीच बदलत नाही

साध्या सौर घट प्रत्येक फोटॉनच्या ऊर्जेचा काही भाग उष्णतेच्या रूपात वाया घालवतात. ही मर्यादा टाळण्याचा एक सुचवलेला मार्ग म्हणजे सिंगलेट विखंडन: काही सेंद्रिय पदार्थांमध्ये, प्रकाशाने निर्माण झालेले एक उत्तेजन (“सिंगलेट”) कमी ऊर्जेच्या दोन उत्तेजनांमध्ये (“ट्रिप्लेट”) विभागले जाते. दोन्ही मिळवता आली, तर एक फोटॉन एकाऐवजी दोन विद्युतभार देतो.

शोधनिबंधानुसार अडचण अशी की विखंडन रेणूंच्या रचनेला आणि मांडणीला अतिशय संवेदनशील असते, आणि ते सुधारण्यासाठी बरेच रासायनिक काम करावे लागते.

प्रकाश आणि द्रव्य यांचे मिश्रण

एक आकर्षक जवळचा मार्ग म्हणजे रेणू नव्हे, तर त्यांचे प्रकाश-पर्यावरण बदलणे. एक पातळ थर एकमेकांच्या अगदी जवळ असलेल्या दोन आरशांमध्ये ठेवा, आणि आत अडकलेला प्रकाश रेणूंशी इतका घट्ट युग्मित होऊ शकतो की ते पोलॅरिटॉन नावाच्या संकरित प्रकाश-द्रव्य अवस्था तयार करतात. सिद्धांततः, यामुळे रसायनाला हात न लावता विखंडनासारख्या प्रक्रिया वेगवान, मंद किंवा दुसऱ्या दिशेला वळवता येतील.

प्रयोगांचे निकाल परस्परविरोधी आहेत. TIPS-पेंटासीन या एका रेणूसाठी कोणताही बदल आढळला नाही. रुब्रीनसाठी, चांदीचे आरसे वापरणाऱ्या 2019 च्या एका अभ्यासाने विखंडन दडपले गेल्याचे नोंदवले. नव्या शोधनिबंधाचे लेखक एका अडचणीकडे लक्ष वेधतात: नोंदवलेले बदल पिकोसेकंदांपर्यंत टिकले, तर ऊर्जा गमावणाऱ्या चांदीच्या आरशांमध्ये प्रकाश फक्त सुमारे एक-दशांश पिकोसेकंद टिकतो. आणि आरसे स्वतःच तपासणाऱ्या प्रकाशावर गाळणीसारखे काम करतात, आणि रेणूंमधील बदलांसारखे दिसणारे दोष (artefacts) निर्माण करतात.

आरसे जिथे आंधळे असतात तिथे मोजमाप

Jenny Clark (शेफील्ड विद्यापीठ) आणि शेफील्ड, ऑक्सफर्ड, वॉरिक आणि बाथ येथील सहकाऱ्यांनी परावैद्युत आरशांपासून (dielectric mirrors) पोकळ्या बनवल्या, म्हणजे सिलिका आणि टायटॅनियम डायऑक्साइडच्या थरांचे ढीग, जे दृश्य प्रकाशात प्रखरपणे परावर्तन करतात पण निकट-अवरक्त प्रकाश आरपार जाऊ देतात. मग त्यांनी विखंडनाचा मागोवा निकट-अवरक्तात, सुमारे 1,200 नॅनोमीटरवर घेतला, आरसे परावर्तित करत असलेल्या पट्ट्याच्या बाहेर, जिथे पोकळी संकेत विकृत करू शकत नाही. उघड्या थरावर त्यांनी तपासले की हा अवरक्त संकेत दृश्य संकेताप्रमाणेच विखंडनाचा अचूक मागोवा घेतो.

त्यांनी यांची तुलना केली:

कमी गुणवत्तेची पोकळी, जिथे प्रकाश सुमारे 25 फेम्टोसेकंद टिकतो;
उच्च गुणवत्तेची पोकळी, जिथे तो सुमारे 330 फेम्टोसेकंद टिकतो;
आधीच्या अहवालातील परिस्थिती व्यापणाऱ्या, +20 ते −110 मिलिइलेक्ट्रॉनव्होल्ट अशा वेगवेगळ्या ऊर्जांवर जुळवलेल्या पोकळ्या;
एक उघडा थर आणि फक्त खालचा आरसा असलेली एक “उघडी पोकळी”.

सर्व पोकळ्यांमध्ये प्रकाश आणि रेणू ठामपणे तीव्र-युग्मन (strong-coupling) क्षेत्रात होते, सुमारे 100 मिलिइलेक्ट्रॉनव्होल्टच्या विभाजनासह.

सर्वत्र तेच विखंडन

प्रत्येक बाबतीत विखंडन जवळजवळ अपरिवर्तित चालले. त्याच दरांसह तेच प्रारूप उघडी पोकळी आणि तीव्रपणे युग्मित दोन्ही पोकळ्या यांचे वर्णन करत होते: विखंडनाची पहिली पायरी तिन्हींमध्ये प्रति नॅनोसेकंद 130 या दराने घडली. जुळवणी बदलल्यानेही काही फरक पडला नाही.

गटाला वर्णपटांमध्ये लहान बदल दिसले, पण तपशीलवार प्रकाशीय सिम्युलेशनने ते बदललेल्या प्रकाशभौतिकीऐवजी आरशांमधील व्यतिकरण-परिणाम (interference effects) म्हणून पुनरुत्पादित केले. एक तिसरे, स्वतंत्र तंत्र, कालनिर्णित इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद (time-resolved electron paramagnetic resonance), प्रकाशाऐवजी चुंबकत्वाद्वारे ट्रिप्लेटच्या फिरकींची तपासणी करते, आणि त्याने पोकळीसह आणि पोकळीविना तोच ट्रिप्लेट संकेत दाखवला.

एक तपशील दाखवतो की दिशाभूल होणे किती सोपे आहे. उघड्या थरापेक्षा पोकळ्यांमध्ये विखंडन सुमारे 20% वेगवान होते, पण वरचा आरसा आणि तीव्र युग्मन नसलेल्या उघड्या पोकळीतही ते तितकेच वेगवान होते. लेखक याचे कारण खालच्या आरशाच्या टायटॅनियम डायऑक्साइड थराशी असलेला संपर्क मानतात.

पोकळी-रसायनशास्त्रासाठी याचा अर्थ

हे निकाल रुब्रीनमधील पोलॅरिटॉनमुळे बदललेल्या विखंडनाच्या आधीच्या अहवालावर “गंभीर शंका निर्माण करतात”, असे लेखक लिहितात, आणि ते TIPS-पेंटासीन अभ्यासाशी सहमत आहेत: अयुग्मित आण्विक अवस्थांचा प्रचंड साठा गतिकीवर वर्चस्व गाजवतो. ते सुचवतात की आधीचे बदल बहुधा प्रकाशीय दोष, पृष्ठभाग-परिणाम किंवा उत्तेजने एकमेकांना नष्ट करतात अशा द्वितीय-क्रमाच्या प्रक्रियांमुळे आले असावेत, आणि पोकळीद्वारे नियंत्रित रसायनाच्या कोणत्याही भावी दाव्याने आधी या शक्यता वगळल्या पाहिजेत. आरशांच्या परावर्तन-पट्ट्याबाहेर तपासणी करणे हा ते करण्याचा एक सोपा मार्ग आहे, असा त्यांचा युक्तिवाद आहे.