उन्नत सूक्ष्मदर्शिकी
ठोस पदार्थों में अरेखीय माइक्रोस्कोपी
अरेखीय ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी ठोस पदार्थों के अध्ययन का शक्तिशाली साधन बन गई है।
उत्पाद परिचय
ठोसों में अरेखीय माइक्रोस्कोपी क्या है?
अरेखीय ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी तकनीकें ठोस पदार्थों के अन्वेषण का शक्तिशाली साधन बन गई हैं; वे रेखीय विधियों की क्षमताओं से परे उच्च-विभेदन, लेबल-रहित चित्रण और स्पेक्ट्रोस्कोपी सक्षम करती हैं। बहुफोटॉन प्रकाश-संदीप्ति (MPPL) माइक्रोस्कोपी प्रतिदीप्ति के अरेखीय उत्तेजन द्वारा वाहक गतिकी, दोषों और पुनःसंयोजन की अंतर्दृष्टि देती है। द्वितीय और तृतीय हार्मोनिक जनरेशन (SHG, THG) माइक्रोस्कोपी संरचनात्मक सममिति और अंतरापृष्ठों पर आधारित कंट्रास्ट प्रदान करती है। चार-तरंग मिश्रण (FWM) जैसी अतिरिक्त तकनीकें अति तीव्र इलेक्ट्रॉनिक अन्योन्यक्रियाओं का अध्ययन सक्षम करती हैं, जबकि सुसंगत anti-Stokes रमन प्रकीर्णन (CARS) और उत्तेजित रमन प्रकीर्णन (SRS) कार्बनिक और संकर पदार्थों में आणविक कंपनों के चित्रण के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैं, जहाँ रासायनिक संघटन प्रमुख भूमिका निभाता है।
प्रकाश-संदीप्ति माइक्रोस्कोपी
द्वि-फोटॉन प्रकाश-संदीप्ति माइक्रोस्कोपी एक अरेखीय प्रकाशिक प्रभाव पर आधारित है, जिसमें निम्नतर ऊर्जा के दो फोटॉन पदार्थ को उत्तेजित करने हेतु लगभग समकालिक रूप से अवशोषित होते हैं। यद्यपि गहरे ऊतक का न्यूनतम क्षति के साथ दृश्यीकरण करने की क्षमता के कारण जैविक चित्रण में इसका व्यापक उपयोग है, ठोस पदार्थों में भी इसका अनुप्रयोग विस्तार पा रहा है। इस संदर्भ में बहुफोटॉन माइक्रोस्कोपी स्तरित संरचनाओं और हेटेरोजंक्शनों के अध्ययन का मूल्यवान साधन है, तथा अंतर्निहित अंतरापृष्ठों, दोष अवस्थाओं अथवा आवेश वाहक गतिकी की स्थानिक रूप से विभेदित अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।
हार्मोनिक माइक्रोस्कोपी
SHG और THG माइक्रोस्कोपी अरेखीय प्रकाशिक परिघटनाएँ हैं जो ठोस पदार्थों में क्रिस्टल सममिति, अंतरापृष्ठों और अति तीव्र गतिकी का उच्च-विभेदन, लेबल-रहित चित्रण सक्षम करती हैं। SHG में आवृत्ति ω का सुसंगत प्रकाश किसी अकेंद्र-सममित पदार्थ से अन्योन्यक्रिया करता है, जिससे मूल आवृत्ति की दोगुनी (2ω) पर प्रकाश का उत्सर्जन होता है। SHG माइक्रोस्कोपी अपनी सुसंगत प्रकृति के कारण उच्च अक्षीय और पार्श्व विभेदन देती है; यह विद्युत क्षेत्र तीव्रता के वर्ग पर निर्भर करती है, और केवल भंग व्युत्क्रम सममिति वाले पदार्थों में ही घटित होती है। THG में आवृत्ति ω का प्रकाश 3ω पर सुसंगत संकेत उत्पन्न करता है, सामान्यतः अंतरापृष्ठों पर अथवा अपवर्तनांक परिवर्तन वाले क्षेत्रों में। SHG के विपरीत, THG केंद्र-सममित और अकेंद्र-सममित दोनों पदार्थों में उत्पन्न हो सकता है, अतः यह व्यापक 2D पदार्थों के लिए अधिक बहुमुखी है। SHG और THG माइक्रोस्कोपी का पेरोव्स्काइटों, van der Waals पदार्थों और हेटेरोसंरचनाओं पर अनुप्रयोग बढ़ रहा है, ताकि अंतर्निहित अंतरापृष्ठों, फेरोइलेक्ट्रिक डोमेनों, विकृति-प्रेरित प्रावस्थाओं, एक्साइटॉनिक अनुनादों और स्पिन–ध्रुवण गतिकी का अध्ययन किया जा सके।
रिपोर्ट किए गए SHG और THG उदाहरण
SHG माइक्रोस्कोपी का उपयोग 2D Ruddlesden–Popper लेड हैलाइड पेरोव्स्काइटों में विद्युत्-प्रेरित फेरोइलेक्ट्रिक डोमेनों और उन काइरल अवस्थाओं के दृश्यीकरण के लिए किया गया है, जिन्होंने स्विच योग्य SHG वृत्तीय द्विवर्णता प्रदर्शित की; इससे एक अकाइरल फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ में क्षेत्र-ट्यून योग्य सममिति भंग प्रकट होता है। ध्रुवण-विभेदित SHG चित्रण को बेलनाकार कूपों पर रखे मोनोलेयर WS₂ में विकृति का मानचित्रण करने की एक पूर्णतः प्रकाशिक तकनीक के रूप में प्रस्तुत किया गया है, जिसमें 2D पदार्थों में यांत्रिक विरूपण के प्रति संवेदनशीलता है। THG माइक्रोस्कोपी का उपयोग अति पतली टिन(II) सल्फाइड (SnS) परतों की तल-अंतर्गत विषमदैशिकता के अध्ययन के लिए किया गया है, जिससे अभिविन्यास-निर्भर अरेखीय प्रकाशिक अनुक्रियाएँ प्रकट हुईं; ध्रुवण-विभेदित THG ने क्रिस्टल सममिति का मानचित्रण किया और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों की इसकी क्षमता को रेखांकित किया।
चार-तरंग मिश्रण माइक्रोस्कोपी
FWM माइक्रोस्कोपी ठोस पदार्थों में एक्साइटॉनों और अन्य क्वासिकणों के अध्ययन की एक शक्तिशाली अति तीव्र चित्रण तकनीक बन गई है। नमूने पर अनेक फेमटोसेकंड लेज़र पल्स निर्देशित कर तथा परिणामी सुसंगत संकेत का संसूचन कर, FWM माइक्रोस्कोपी उच्च स्थानिक विभेदन के साथ तीव्र प्रक्रियाओं को अभिलेखित करती है। यह 2D अर्धचालकों, हेटेरोसंरचनाओं और संकर पेरोव्स्काइटों के अन्वेषण में विशेष रूप से प्रभावी है, जहाँ छोटी स्थानीय भिन्नताएँ — यथा असमान यांत्रिक प्रतिबल, दोष, अथवा परतों के बीच दुर्बल आबंधन — पदार्थ की प्रकाश से अन्योन्यक्रिया को महत्त्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती हैं।
रमन माइक्रोस्कोपी
CARS और SRS जैसी सुसंगत रमन माइक्रोस्कोपी तकनीकें ठोस पदार्थों का रासायनिक रूप से विशिष्ट, लेबल-रहित चित्रण उप-माइक्रॉन विभेदन पर सक्षम करती हैं। अरेखीय प्रकाशिक अन्योन्यक्रियाओं का उपयोग कर वे कंपन मोडों के स्थानिक वितरण प्रकट करती हैं, जिससे वे क्रिस्टलीय तंत्रों में प्रावस्था शुद्धता, आणविक अभिविन्यास और अति तीव्र जालक गतिकी के अध्ययन के मूल्यवान साधन बनती हैं। CARS और SRS माइक्रोस्कोपी का अनुप्रयोग कार्बनिक क्रिस्टलों, संकर पेरोव्स्काइटों और ठोस-अवस्था औषधियों पर बहुरूपों, डोमेन संरचनाओं और कंपन विषमांगता के दृश्यीकरण के लिए किया गया है।
