গবেষকরা পারমাণবিক স্কেলে ফোনন অ্যানিসোট্রপির সরাসরি ভিজ্যুয়ালাইজেশনের জন্য একটি যুগান্তকারী ইমেজিং কৌশল তৈরি করেছেন। এই অগ্রগতি বিজ্ঞানীদের পারমাণবিক কম্পনের দিকনির্ভর নির্ভরতা পরীক্ষা ও পর্যবেক্ষণ করতে দেয়, যা পূর্বে স্থানিক ও বর্ণালী রেজোলিউশনের অভাবের কারণে অনুমানমূলক ছিল। ফোনন, ক্রিস্টাল ল্যাটিসে কম্পনের কোয়ান্টাইজড মোড, তাপীয় পরিবাহিতা এবং অপটিক্যাল প্রতিক্রিয়ার মতো গুরুত্বপূর্ণ উপাদানের বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রণ করে। এই মোডগুলিতে অ্যানিসোট্রপি, অর্থাৎ তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি দিক অনুসারে পরিবর্তিত হয়, তাপ স্থানান্তর এবং ডাইইলেকট্রিক প্রতিক্রিয়ায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। প্রচলিত কৌশলগুলি কেবল গড় বা পরোক্ষভাবে এই প্যাটার্নগুলির ঝলক সরবরাহ করত।
বিজ্ঞান দলটি মোমেন্টাম-সিলেক্টিভ ইলেকট্রন এনার্জি-লস স্পেকট্রোস্কোপি (EELS)-এর একটি নতুন রূপ ব্যবহার করেছে। এই অত্যাধুনিক পদ্ধতিটি পারমাণবিক স্থানিক নির্ভুলতা এবং অভূতপূর্ব শক্তি বৈষম্যের সাথে কম্পনমূলক উত্তেজনা পরীক্ষা করার জন্য অত্যন্ত ফোকাসযুক্ত ইলেকট্রন বিম ব্যবহার করে। নির্দিষ্ট মোমেন্টাম স্থানান্তরের সাথে ফোননগুলিকে বেছে বেছে অ্যাক্সেস করার জন্য কৌশলটি তৈরি করে, তারা পারমাণবিক স্থানচ্যুতিগুলির জটিল প্রতিসাম্য এবং শক্তিগুলিকে বিচ্ছিন্ন করতে সক্ষম হয়েছে।
তাদের পদ্ধতি প্রদর্শনের জন্য, দলটি পেরোভস্কাইট ক্রিস্টাল স্ট্রন্টিয়াম টাইটানেট (SrTiO₃) এবং বেরিয়াম টাইটানেট (BaTiO₃) অধ্যয়ন করেছে। স্ট্রন্টিয়াম টাইটানেটে, তারা ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা দ্বারা পৃথক করা অক্সিজেন পরমাণুগুলির স্বতন্ত্র কম্পনমূলক অ্যানিসোট্রপি পর্যবেক্ষণ করেছে। প্রায় 60 meV এর নিচের মোডগুলি অবলেট তাপীয় উপবৃত্ত দেখিয়েছে, যখন 60 meV এর উপরেরগুলি প্রোলেট উপবৃত্ত দেখিয়েছে, নির্দিষ্ট অক্ষ বরাবর পারমাণবিক কম্পনের বিস্তারকে কল্পনা করে। বেরিয়াম টাইটানেটে, একটি নন-সেন্ট্রোসিমেট্রিক এবং ফেরোইলেকট্রিক সক্রিয় উপাদান, গবেষণাটি অক্সিজেন অষ্টতলক বিকৃতির সূক্ষ্ম পরিবর্তনগুলি প্রকাশ করেছে। এই মডুলেশনগুলি, যা প্রচলিত পদ্ধতি দ্বারা সনাক্ত করা যায় না, প্রায় 55 meV এর কাছাকাছি অ্যাপিকাল এবং ইকুয়েটোরিয়াল অক্সিজেন পরমাণুগুলির মধ্যে q-সিলেক্টিভ কম্পনমূলক প্রতিক্রিয়ার একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ পরিবর্তন হিসাবে প্রকাশিত হয়েছে। এই পর্যবেক্ষণটি উপাদানের প্রতিসাম্য ভাঙ্গনের প্রতি কৌশলের সংবেদনশীলতা তুলে ধরে এবং উপাদানের ফেরোইলেকট্রিক পোলারাইজেশন বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে একটি সরাসরি সংযোগের ইঙ্গিত দেয়।
এই কাজের ফলাফলগুলি সলিড-স্টেট পদার্থবিদ্যায় ডাইইলেকট্রিক, তাপীয় এবং স্থিতিস্থাপক বৈশিষ্ট্যগুলি বোঝার ক্ষেত্রে গভীরভাবে প্রসারিত। কম্পনমূলক অ্যানিসোট্রপি মৌলিকভাবে ফোননগুলি কীভাবে বিক্ষিপ্ত হয়, প্রচার করে এবং অন্যান্য কোয়াসিপার্টিকলের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে তা প্রভাবিত করে, যা থার্মোইলেকট্রিকস, অপ্টোইলেকট্রনিক্স এবং সুপারকন্ডাক্টরগুলিতে উপাদানের কর্মক্ষমতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে। কৌশলটি পারমাণবিক কম্পন এবং ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে লুকানো সম্পর্কগুলি উন্মোচন করার প্রতিশ্রুতি দেয়। অধিকন্তু, পর্যবেক্ষণ করা অ্যানিসোট্রপিগুলির ফ্রিকোয়েন্সি-নির্ভর প্রকৃতি অ্যাকোস্টিক এবং অপটিক্যাল উভয় ফোননের আচরণের উপর নতুন আলোকপাত করে।
তাপ পরিবাহিতা এবং শব্দ প্রচারের জন্য দায়ী অ্যাকোস্টিক ফোননগুলি, আলোর সাথে মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে এমন অপটিক্যাল ফোননগুলির চেয়ে ভিন্ন অ্যানিসোট্রপিক বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে। এই ফোনন গোষ্ঠীগুলির অ্যানিসোট্রপিগুলির সুনির্দিষ্ট পার্থক্য তাপীয় পরিবহনকে দিকনির্দেশকভাবে নিয়ন্ত্রণ করার পথ খুলে দেয়। মোমেন্টাম-সিলেক্টিভ ভাইব্রেশনাল ইমেজিং তাপীয় উপবৃত্তগুলি বোঝার ক্ষেত্রে একটি স্থানিক মাত্রা উন্মোচন করে। পূর্বে, তাপীয় উপবৃত্তগুলি গড় ডেটা এবং ডিফ্র্যাকশন পরীক্ষা থেকে অনুমান করা হয়েছিল। নতুন পদ্ধতিটি প্রতি-পরমাণু ভিত্তিতে অ্যানিসোট্রপিক কম্পনমূলক বিস্তারকে সমাধান করে, শক্তি স্কেল জুড়ে ফোনন মোডে একই ল্যাটিসের বিভিন্ন পারমাণবিক সাইটগুলি কীভাবে ভিন্নভাবে অংশগ্রহণ করে তা প্রকাশ করে।
পরীক্ষামূলক সেটআপে ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি এবং উচ্চ-রেজোলিউশন এনার্জি-লস ডিটেকশনের একটি সতর্ক সমন্বয় জড়িত, যা যন্ত্রের স্থিতিশীলতা এবং সংবেদনশীলতার উপর কঠোর চাহিদা রাখে। এই পদ্ধতির বিকাশ চিত্তাকর্ষক প্রযুক্তিগত দক্ষতা তুলে ধরে এবং স্থানিকভাবে রেজোলিউট ভাইব্রেশনাল স্পেকট্রোস্কোপিতে ভবিষ্যতের উন্নতির জন্য মঞ্চ তৈরি করে। মৌলিক গবেষণার বাইরে, এই ক্ষমতা রসায়ন এবং জীববিজ্ঞানে প্রয়োগের প্রতিশ্রুতি রাখে, যেখানে ন্যানোস্কেল কম্পনমূলক মোডগুলি আণবিক মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে। আরও পরিমার্জনের সাথে, জটিল আণবিক সমাবেশ, নরম পদার্থ বা বায়োমেটেরিয়ালগুলিতে অ্যানিসোট্রপিক কম্পনমূলক আচরণের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের জন্য পদ্ধতিটি অভিযোজিত করা যেতে পারে।
উপসংহারে, এই অগ্রগামী গবেষণাটি সূক্ষ্ম স্থানিক এবং শক্তি রেজোলিউশনের সাথে ফোনন অ্যানিসোট্রপি কল্পনা করার আমাদের ক্ষমতাকে পুনরায় সংজ্ঞায়িত করে। মৌলিক স্কেলে পারমাণবিক কম্পনের দিকনির্দেশক প্রকৃতি আলোকিত করার মাধ্যমে, অধ্যয়নটি উপাদানের বৈশিষ্ট্যগুলির অন্বেষণ এবং ম্যানিপুলেশনের জন্য বিস্তৃত নতুন দিগন্ত উন্মুক্ত করে। পদ্ধতিটি উন্নত অপটিক্যাল, ইলেকট্রনিক এবং তাপীয় কার্যকারিতা সহ উপাদান প্রকৌশলে একটি অপরিহার্য সম্পদ হওয়ার জন্য প্রস্তুত।