टोक्यो विश्वविद्यालय के रसायनज्ञों ने 'गोल्ड क्वांटम नीडल्स' का अनावरण किया, नैनोक्लस्टर निर्माण के रहस्यों को उजागर किया

टोक्यो विश्वविद्यालय के रसायनज्ञों की एक टीम ने सोने के नैनोक्लस्टर के निर्माण के प्रारंभिक चरणों का सफलतापूर्वक अवलोकन किया है, जिससे 'गोल्ड क्वांटम नीडल्स' नामक एक अप्रत्याशित संरचना का पता चला है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग करते हुए, इस अभूतपूर्व शोध ने इन परमाणु असेंबलों के विकास तंत्र में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान की है, जो पहले एक रहस्य बने हुए थे।

सौ से कम परमाणुओं से बने गोल्ड नैनोक्लस्टर, सामग्री विज्ञान में महत्वपूर्ण रुचि रखते हैं क्योंकि उनके अद्वितीय ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं, जो उन्हें कटैलिसीस, पहचान और चिकित्सा जैसे क्षेत्रों में उपयोगी बनाते हैं। दशकों के शोध के बावजूद, उनके संश्लेषण की प्रक्रिया, जो आमतौर पर समाधान में सोने के आयनों की कमी पर निर्भर करती है, एक "ब्लैक बॉक्स" मानी जाती थी। प्रमुख शोधकर्ता ततसुया त्सुकुडा ने बताया कि संरचना और गुणों के बीच संबंध को समझने के लिए बहुत प्रयास किए गए थे, लेकिन निर्माण प्रक्रिया स्वयं अस्पष्ट थी।

इस रहस्य को सुलझाने के लिए, शिनजीरो तकानो, युया हमसाकी और ततसुया त्सुकुडा की टीम ने नैनोक्लस्टर विकास को कृत्रिम रूप से धीमा करने की एक साहसिक रणनीति अपनाई। संश्लेषण की स्थितियों को सावधानीपूर्वक संशोधित करके, वे सोने के समुच्चय को उनके शुरुआती विकास चरणों में "फंसाने" में कामयाब रहे। इन नमूनों का विश्लेषण सिंगल-क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन द्वारा किया गया, जिसके परिणाम अपेक्षाओं से कहीं अधिक थे।

सोने के नैनोक्लस्टर गोलार्धों में समान रूप से विकसित होने के बजाय, विषम रूप से विकसित हुए, जिसका अर्थ है कि अंतरिक्ष की दिशा के आधार पर उनकी वृद्धि दर भिन्न थी। इस विषमता के कारण एक पूरी तरह से नई ज्यामिति हुई: पेंसिल के आकार के असेंबली जो सोने के परमाणुओं के त्रिकोणीय ट्रिमर और चतुष्फलकीय टेट्रामर की पुनरावृत्ति इकाइयों से बने थे। इस लम्बी आकृति और आंतरिक वास्तुकला ने 'क्वांटम नीडल्स' नाम को प्रेरित किया, जहाँ 'क्वांटम' शब्द इन छोटी संरचनाओं में सीमित इलेक्ट्रॉनों के असतत ऊर्जा स्तरों पर कब्जा करने की मौलिक घटना को संदर्भित करता है।

यह खोज परमाणु पैमाने पर पदार्थ के संयोजन को नियंत्रित करने वाले मौलिक तंत्रों की हमारी समझ में एक बड़ा योगदान है। ये "संरचनात्मक स्नैपशॉट" मध्यवर्ती चरणों का एक विस्तृत नक्शा प्रदान करते हैं, जिससे संश्लेषण को एक यादृच्छिक प्रक्रिया के बजाय एक तर्कसंगत, लगभग वास्तुशिल्प निर्माण के रूप में समझा जा सकता है। भविष्य में विशिष्ट गुणों वाले टेलर-मेड नैनोमैटेरियल्स को डिजाइन करने के लिए इन प्रारंभिक चरणों में महारत हासिल करना महत्वपूर्ण है।

टोक्यो टीम अपनी संश्लेषण की स्थितियों को परिष्कृत करने की योजना बना रही है ताकि अन्य विदेशी, अज्ञात वास्तुकला का पता लगाया जा सके। वे अपने क्वांटम सुइयों के असाधारण गुणों का पूरी तरह से फायदा उठाने के लिए बायोफिजिक्स या फोटोनिक इंजीनियरिंग विशेषज्ञों के साथ सहयोग करने का भी लक्ष्य रखते हैं। अवरक्त प्रकाश के साथ उनकी बातचीत, उदाहरण के लिए, वर्तमान तकनीकों की तुलना में बहुत अधिक रिज़ॉल्यूशन के साथ चिकित्सा इमेजिंग को सक्षम कर सकती है या अधिक कुशल सौर ऊर्जा रूपांतरण उपकरणों को जन्म दे सकती है।