ফোটনিক অণু

ফোটনিক অণুসমূহ হল পদার্থের একটি তাত্ত্বিক প্রাকৃতিক রূপ, যেগুলি কৃত্রিমভাবে তৈরি করা যেতে পারে, যেখানে ফোটনগুলি একসাথে "অণু" গঠনের জন্য আবদ্ধ হয়। ২০০৭ সালে প্রথম এই বিষয়ে পূর্বাভাষ পাওয়া গিয়েছিল। পৃথক (ভর বিহীন) ফোটনগুলি যখন "দৃঢ়ভাবে পরস্পরের উপর এমনভাবে ক্রিয়া করে যেন তাদের ভর আছে, তখন ফোটোনিক অণুগুলি গঠিত হয়"। বিকল্প সংজ্ঞায় (যা সমতুল্য নয়), দুটি বা তার বেশি সংযুক্ত আলোক গহ্বরগুলিতে আটকে পড়া ফোটনগুলি, নিজেদের মধ্যে সক্রিয় পারমাণবিক শক্তির স্তরগুলির পুনরুৎপাদন করলেও, সেগুলিকে ফোটনিক অণু হিসাবে আখ্যায়িত করা হয়। গবেষকরা স্টার ওয়ার্স থেকে তুলনা টানেন ঘটমান ও কাল্পনিক "লাইটসেবার" এর মধ্যে। বায়বীয় রুবিডিয়াম পরমাণুগুলিকে সম্পূর্ণ শূন্য কক্ষে প্রবেশ করানো হয়েছিল। রুবিডিয়ামের বাষ্পীয় মেঘটি লেজার ব্যবহার করে শীতল করা হয়েছিল, তাদের তাপমাত্রা প্রায় পরম শূন্যের কাছাকাছি পৌঁছে গিয়েছিল। দুর্বল লেজার তরঙ্গ ব্যবহার করে, অল্প সংখ্যক ফোটন কণাকে বাষ্পীয় মেঘের মধ্যে দ্রুত গতিতে ছোঁড়া হয়েছিল। ফোটনগুলি বাষ্পমেঘে প্রবেশ করার সাথে সাথে, তাদের সামনে আসা পরমাণুগুলিকে নিজেদের শক্তি দিয়ে উত্তেজিত করেছিল, এর ফলে তাদের নিজেদের গতি হ্রাসপ্রাপ্ত হয়ে গিয়েছিল। মেঘ মাধ্যমের ভিতরে, নিজেদের মধ্যে প্রবলভাবে সক্রিয় পরমাণুগুলির সাথে, ফোটনগুলি অবিন্যস্তভাবে সংযুক্ত হয়ে গিয়েছিল, অত্যন্ত উত্তেজিত রিডবার্গ অবস্থায়। ফলস্বরূপ তখন ফোটনগুলি শক্তিশালী পারস্পরিক আকর্ষণের মাধ্যমে বিশাল কণার (ফোটন অণু) মত আচরণ করেছে। সবশেষে ফোটনগুলি একসাথে মেঘ থেকে সাধারণ ফোটন হিসাবে বেরিয়ে এসেছে (প্রায়শই যুগ্মভাবে)। এই প্রভাবটি তথাকথিত রাইডবার্গ অবরোধ দ্বারা ঘটে, যেখানে একটি উত্তেজিত পরমাণুর উপস্থিতি, কাছাকাছি পরমাণুগুলিকে একই হারে উত্তেজিত হতে বাধা দেয়। এই ক্ষেত্রে, দুটি ফোটন যখন পারমাণবিক মেঘে প্রবেশ করে, প্রথমটি একটি পরমাণুকে উত্তেজিত করে সক্রিয়তার ফলে নিজে ধ্বংস হয়ে যায়। কিন্তু দ্বিতীয় ফোটন কাছাকাছি পরমাণুগুলিকে উত্তেজিত করতে পারার আগে, ইতিমধ্যে উত্তেজিত পরমাণুটিকে প্রাপ্ত শক্তি নিয়ে অবশ্যই এগিয়ে যেতে হবে। যেহেতু ফোটনগুলির শক্তি একটি পরমাণু থেকে অন্যটিতে চলে যায়, কার্যত দুটি ফোটন ঐ মেঘের মধ্যে একে অন্যকে আকর্ষণ এবং বিকর্ষণ করে। এতে তারা নিজেদের মধ্যে সক্রিয় হতে বাধ্য হয়। এই ফোটোনিক সক্রিয়তাটি ফোটন এবং পরমাণুর মধ্যে বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় মিথস্ক্রিয়া দ্বারা ঘটে। ফোটনগুলির সক্রিয়তা থেকে বোঝা যায় এই প্রভাব কাজে লাগিয়ে এমন পদ্ধতি তৈরি করা যেতে পারে যেখানে কোয়ান্টাম তথ্য সংরক্ষণ করা যেতে পারে, এবং কোয়ান্টাম লজিক ক্রিয়াকলাপ ব্যবহার করে একে সংগঠিত করা যায়। এই পদ্ধতিটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ গণনাপ্রণালীতেও কার্যকর হতে পারে। এর সুবিধা হল, ইলেক্ট্রনের তুলনায় ফোটনগুলি চালিত করতে খুব কম শক্তি প্রয়োগ করতে হয়। ফোটনিক অণুগুলি মাধ্যমের মধ্যে এমন ভাবে সাজানো সম্ভব হতে পারে যে তারা বৃহত্তর দ্বি-মাত্রিক কাঠামো গঠন করে। ফোটোনিক অণু শব্দটিও ১৯৯৮ সাল থেকে ব্যবহৃত হয়ে আসছে, বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয়-ক্রিয়া প্রতিক্রিয়া সম্পন্ন ক্ষুদ্র আলোক গহ্বরের সাথে জড়িত একটি অসম্পর্কিত ঘটনার জন্য। আলোকের ছোট (মাইক্রো) এবং অতিছোট (ন্যানো) গহ্বরগুলিতে কোয়ান্টায়িত আবদ্ধ ফোটনের অবস্থার বৈশিষ্ট্যগুলি পরমাণুগুলিতে আবদ্ধ ইলেকট্রনের অবস্থার মতোই। এই মিলের কারণে, ক্ষুদ্র আলোক গহ্বরগুলিকে ‘ফোটোনিক পরমাণু’ বলা যেতে পারে। এই উপমাটিকে আরও এগিয়ে নিয়ে গেলে, বেশ কয়েকটি পারস্পরিক-মিলিত ফোটোনিক পরমাণুর একটি গুচ্ছ একটি ফোটোনিক অণু গঠন করে। যখন পৃথক ফোটোনিক পরমাণুগুলি কাছাকাছি আসে, তাদের আলোকিত অবস্থা নিজেদের মধ্যে প্রতিক্রিয়া ঘটায় এবং ফোটোনিক অণুর সংকর মহা-প্রণালীর বর্ণালীর জন্ম দেয়। দুটি বিচ্ছিন্ন প্রণালী মিলিত হওয়ার পরে যা ঘটে তার সাথে এটির খুব মিল আছে। উদাহরণস্বরূপ, দুটি হাইড্রোজেন পরমাণুর কক্ষপথ একত্রিত হয়ে যোজন গঠন করে এবং হাইড্রোজেন অণুর কক্ষপথের বিযোজন ঘটে, এটি মোট মিলিত প্রণালীর সংকর মহা-প্রণালী। "একটি মাইক্রোমিটার আকারের অর্ধ পরিবাহীর (সেমিকন্ডাকটর) টুকরোর মধ্যে ফোটনগুলিকে এমনভাবে আবদ্ধ করতে পারে, যেন তারা কোনও পরমাণুতে আবদ্ধ ইলেকট্রন। তারা সেই আবদ্ধ ইলেকট্রনের মতোই ব্যবহার করে। এখন ২১ সেপ্টেম্বর পিআরএল এই দুটি "ফোটোনিক পরমাণু" কে এক সাথে সংযুক্ত করার একটি উপায় বর্ণনা করেছে। এই ধরনের মিলনের ফলে একটি "ফোটোনিক অণু," তৈরি হয়। এর আলোকিত অবস্থাটি একটি দ্বিপারমাণবিক অণুযুক্ত হাইড্রোজেনের মতো বৈদ্যুতিন অবস্থার সঙ্গে সাদৃশ্যপূর্ণ।"। "ফোটোনিক অণু নামটি রাসায়নিক অণুর সাথে সাদৃশ্যর জন্য দেওয়া হয়েছে, সেগুলি আসলে তড়িৎ চৌম্বকীয়ভাবে ক্রিয়াশীল ক্ষুদ্রগহ্বর বা "ফোটোনিক পরমাণু" গুচ্ছ।" "আলোক দ্বারা সংযুক্ত ক্ষুদ্র গহ্বরগুলি, ফোটোনিক কাঠামো হিসাবে প্রকাশিত হয়েছে এবং মৌলিক বিজ্ঞানের পরীক্ষা নিরীক্ষার পাশাপাশি প্রয়োগের ক্ষেত্রেও আশাব্যাঞ্জক ধর্ম দেখিয়েছে।" ফোটোনিক অণুর দ্বি-স্তর প্রণালীর প্রথম ফোটোনিক উপলব্ধিটি করেছিলেন স্প্রিও ইত্যাদিরা। তাঁরা বলয় অনুরণন বোঝার জন্য অপটিক্যাল ফাইবার ব্যবহার করেছিলেন, যদিও তাঁরা "ফোটোনিক অণু" শব্দটি ব্যবহার করেননি। অণু গঠনের দুটি পদ্ধতি হতে পারে মেরুকরণ অথবা দক্ষিণাবর্ত এবং বামাবর্ত অবস্থা। এর পরে একটি সাধারণ দ্বিপারমাণবিক অণুর সাথে সাদৃশ্য থেকে অনুপ্রাণিত হয়ে, লিথোগ্রাফি পদ্ধতিতে নির্মিত ফোটোনিক অণু প্রদর্শন করা হয়েছিল। তবে, প্রকৃতি দ্বারা অনুপ্রাণিত অন্যান্য ফোটোনিক অণুর (যেমন ‘ফোটোনিক বেনজিন’) কাঠামোগুলি প্রস্তাবিত করা হয়েছে এবং আবদ্ধ আলোকিত অবস্থাগুলিকে সমর্থন করার জন্য দেখানো হয়েছে। তাদের আণবিক কক্ষপথ তাদের রাসায়নিক অংশগুলির প্রতিরূপের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সাদৃশ্যপূর্ণ। বিচ্ছিন্ন, আলগা ফোটোনিক পরমাণুগুলির তুলনায়, বিভিন্ন প্রয়োগের ক্ষেত্রে, ফোটোনিক অণু থেকে বেশি সুবিধা পাওয়া যায়। প্রয়োগ ক্ষেত্রগুলি হতে পারে জৈব (রাসায়নিক) সংবেদন, গহ্বর আলোক বলবিজ্ঞান, এবং মাইক্রো-লেজার। ফোটোনিক অণুগুলি বহু-বস্তু পদার্থবিজ্ঞানের কোয়ান্টাম সিমুলেটর হিসাবে এবং ভবিষ্যতের আলোক কোয়ান্টাম তথ্য কারিগরিবিদ্যা নেটওয়ার্কগুলির নির্মাণ অংশ হিসাবেও ব্যবহার করা যেতে পারে। সম্পূর্ণ সদৃশভাবে, ধাতুর অতিক্ষুদ্র (ন্যানো) কণার গুচ্ছ - যেগুলি আবদ্ধ পৃষ্ঠ প্লাজমন অবস্থাকে মেনে চলে - সেগুলিকে ‘প্লাজমনিক অণু’ বলে অভিহিত করা হয়েছে।” অবশেষে, সংকর আলোক-প্লাজমোনিক (বা অপ্টো-প্লাজমোনিক) অণুগুলিও প্রস্তাবিত এবং প্রদর্শিত হয়েছে। Photoluminescence Luminiferous aether Shen, Jung-Tsung; Fan, Shanhui (২০০৭-০৪-১৩)। "Strongly Correlated Two-Photon Transport in a One-Dimensional Waveguide Coupled to a Two-Level System"। Physical Review Letters। 98 (15): 153003। arXiv:quant-ph/0701170 । এসটুসিআইডি 37715281। ডিওআই:10.1103/PhysRevLett.98.153003। পিএমআইডি 17501344। বিবকোড:2007PhRvL..98o3003S।  Shen, Jung-Tsung; Fan, Shanhui (২০০৭-১২-২৭)। "Strongly correlated multiparticle transport in one dimension through a quantum impurity"। Physical Review A। 76 (6): 062709। arXiv:0707.4335 । ডিওআই:10.1103/PhysRevA.76.062709। বিবকোড:2007PhRvA..76f2709S।  Deutsch, Ivan H.; Chiao, Raymond Y.; Garrison, John C. (১৯৯২-১২-২১)। "Diphotons in a nonlinear Fabry-P\'erot resonator: Bound states of interacting photons in an optical quantum wire"। Physical Review Letters। 69 (25): 3627–3630। ডিওআই:10.1103/PhysRevLett.69.3627। পিএমআইডি 10046872।  "Seeing light in a new light: Scientists create never before seen form of matter"। Science-daily.com। সংগ্রহের তারিখ ২০১৩-০৯-২৭।  Firstenberg, O.; Peyronel, T.; Liang, Q. Y.; Gorshkov, A. V.; Lukin, M. D.; Vuletić, V. (২০১৩)। "Attractive photons in a quantum nonlinear medium" (পিডিএফ)। Nature (Submitted manuscript)। 502 (7469): 71–75। hdl:1721.1/91605। এসটুসিআইডি 1699899। ডিওআই:10.1038/nature12512। পিএমআইডি 24067613। বিবকোড:2013Natur.502...71F।  Benson, T. M.; Boriskina, S. V.; Sewell, P.; Vukovic, A.; Greedy, S. C.; Nosich, A. I. (২০০৬)। "Micro-Optical Resonators for Microlasers and Integrated Optoelectronics"। Frontiers in Planar Lightwave Circuit Technology। NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry। 216। পৃষ্ঠা 39। আইএসবিএন 978-1-4020-4164-8। এসটুসিআইডি 8299535। ডিওআই:10.1007/1-4020-4167-5_02। সাইট সিয়ারX 10.1.1.518.8691 ।  Boriskina, S. V. (২০১০)। "Photonic Molecules and Spectral Engineering"। Photonic Microresonator Research and Applications। Springer Series in Optical Sciences। 156। পৃষ্ঠা 393–421। arXiv:1207.1274 । আইএসবিএন 978-1-4419-1743-0। এসটুসিআইডি 13276928। ডিওআই:10.1007/978-1-4419-1744-7_16।  Rakovich, Y.; Donegan, J.; Gerlach, M.; Bradley, A.; Connolly, T.; Boland, J.; Gaponik, N.; Rogach, A. (২০০৪)। "Fine structure of coupled optical modes in photonic molecules"। Physical Review A। 70 (5): 051801। hdl:2262/29166 । ডিওআই:10.1103/PhysRevA.70.051801। বিবকোড:2004PhRvA..70e1801R।  Antia, Meher (১৯৯৮)। "A Molecule of Light"। Physical Review Focus। 2। ডিওআই:10.1103/PhysRevFocus.2.14।  Boriskina, Svetlana V.; Benson, Trevor M.; Sewell, Phillip (২০০৭)। "Photonic molecules made of matched and mismatched microcavities: New functionalities of microlasers and optoelectronic components"। Kudryashov, Alexis V; Paxton, Alan H; Ilchenko, Vladimir S। Laser Resonators and Beam Control IX। 6452। পৃষ্ঠা 64520X। arXiv:0704.2154 । এসটুসিআইডি 55006344। ডিওআই:10.1117/12.714344।  Grossmann, Tobias; Wienhold, Tobias; Bog, Uwe; Beck, Torsten; Friedmann, Christian; Kalt, Heinz; Mappes, Timo (২০১৩)। "Polymeric photonic molecule super-mode lasers on silicon"। Light: Science & Applications। 2 (5): e82। ডিওআই:10.1038/lsa.2013.38 । বিবকোড:2013LSA.....2E..82G।  Spreeuw, R. J. C.; van Druten, N. J.; Beijersbergen, M. W.; Eliel, E. R.; Woerdman, J. P. (১৯৯০-১১-১৯)। "Classical realization of a strongly driven two-level system" (পিডিএফ)। Physical Review Letters। 65 (21): 2642–2645। ডিওআই:10.1103/PhysRevLett.65.2642। পিএমআইডি 10042655। বিবকোড:1990PhRvL..65.2642S।  Bayer, M.; Gutbrod, T.; Reithmaier, J.; Forchel, A.; Reinecke, T.; Knipp, P.; Dremin, A.; Kulakovskii, V. (১৯৯৮)। "Optical Modes in Photonic Molecules"। Physical Review Letters। 81 (12): 2582–2585। ডিওআই:10.1103/PhysRevLett.81.2582। বিবকোড:1998PhRvL..81.2582B।  Lin, B. (২০০৩)। "Variational analysis for photonic molecules: Application to photonic benzene waveguides"। Physical Review E। 68 (3): 036611। ডিওআই:10.1103/PhysRevE.68.036611। পিএমআইডি 14524916। বিবকোড:2003PhRvE..68c6611L।  Boriskina, S. V. (২০০৬)। "Spectrally engineered photonic molecules as optical sensors with enhanced sensitivity: A proposal and numerical analysis"। Journal of the Optical Society of America B। 23 (8): 1565। arXiv:physics/0603228 । এসটুসিআইডি 59580074। ডিওআই:10.1364/JOSAB.23.001565। বিবকোড:2006JOSAB..23.1565B।  Boriskina, S. V.; Dal Negro, L. (২০১০)। "Self-referenced photonic molecule bio(chemical)sensor"। Optics Letters। 35 (14): 2496–8। ডিওআই:10.1364/OL.35.002496। পিএমআইডি 20634875। বিবকোড:2010OptL...35.2496B। সাইট সিয়ারX 10.1.1.470.1926 ।  Jiang, X.; Lin, Q.; Rosenberg, J.; Vahala, K.; Painter, O. (২০০৯)। "High-Q double-disk microcavities for cavity optomechanics"। Optics Express। 17 (23): 20911–9। ডিওআই:10.1364/OE.17.020911। পিএমআইডি 19997328। বিবকোড:2009OExpr..1720911J।  Hu, Y. W.; Xiao, Y. F.; Liu, Y. C.; Gong, Q. (২০১৩)। "Optomechanical sensing with on-chip microcavities"। Frontiers of Physics। 8 (5): 475–490। এসটুসিআইডি 122299018। ডিওআই:10.1007/s11467-013-0384-y। বিবকোড:2013FrPhy...8..475H।  Hara, Y.; Mukaiyama, T.; Takeda, K.; Kuwata-Gonokami, M. (২০০৩)। "Photonic molecule lasing"। Optics Letters। 28 (24): 2437–9। ডিওআই:10.1364/OL.28.002437। পিএমআইডি 14690107। বিবকোড:2003OptL...28.2437H।  Nakagawa, A.; Ishii, S.; Baba, T. (২০০৫)। "Photonic molecule laser composed of GaInAsP microdisks"। Applied Physics Letters। 86 (4): 041112। ডিওআই:10.1063/1.1855388। বিবকোড:2005ApPhL..86d1112N।  Boriskina, S. V. (২০০৬)। "Theoretical prediction of a dramatic Q-factor enhancement and degeneracy removal of whispering gallery modes in symmetrical photonic molecules"। Optics Letters। 31 (3): 338–40। ডিওআই:10.1364/OL.31.000338। পিএমআইডি 16480201। বিবকোড:2006OptL...31..338B।  Smotrova, E. I.; Nosich, A. I.; Benson, T. M.; Sewell, P. (২০০৬)। "Threshold reduction in a cyclic photonic molecule laser composed of identical microdisks with whispering-gallery modes"। Optics Letters। 31 (7): 921–3। ডিওআই:10.1364/OL.31.000921। পিএমআইডি 16599212। বিবকোড:2006OptL...31..921S।  Hartmann, M.; Brandão, F.; Plenio, M. (২০০৭)। "Effective Spin Systems in Coupled Microcavities"। Physical Review Letters। 99 (16): 160501। arXiv:0704.3056 । এসটুসিআইডি 592659। ডিওআই:10.1103/PhysRevLett.99.160501। পিএমআইডি 17995228। বিবকোড:2007PhRvL..99p0501H।  Nordlander, P.; Oubre, C.; Prodan, E.; Li, K.; Stockman, M. I. (২০০৪)। "Plasmon Hybridization in Nanoparticle Dimers"। Nano Letters। 4 (5): 899–903। ডিওআই:10.1021/nl049681c। বিবকোড:2004NanoL...4..899N।  Fan, J. A.; Bao, K.; Wu, C.; Bao, J.; Bardhan, R.; Halas, N. J.; Manoharan, V. N.; Shvets, G.; Nordlander, P.; Capasso, F. (২০১০)। "Fano-like Interference in Self-Assembled Plasmonic Quadrumer Clusters"। Nano Letters। 10 (11): 4680–5। ডিওআই:10.1021/nl1029732। পিএমআইডি 20923179। বিবকোড:2010NanoL..10.4680F।  Liu, N.; Mukherjee, S.; Bao, K.; Brown, L. V.; Dorfmüller, J.; Nordlander, P.; Halas, N. J. (২০১২)। "Magnetic Plasmon Formation and Propagation in Artificial Aromatic Molecules"। Nano Letters। 12 (1): 364–9। ডিওআই:10.1021/nl203641z। পিএমআইডি 22122612। বিবকোড:2012NanoL..12..364L।  Yan, B.; Boriskina, S. V.; Reinhard, B. R. M. (২০১১)। "Optimizing Gold Nanoparticle Cluster Configurations (n≤ 7) for Array Applications"। The Journal of Physical Chemistry C। 115 (11): 4578–4583। ডিওআই:10.1021/jp112146d। পিএমআইডি 21603065। পিএমসি 3095971 ।  Yan, B.; Boriskina, S. V.; Reinhard, B. R. M. (২০১১)। "Design and Implementation of Noble Metal Nanoparticle Cluster Arrays for Plasmon Enhanced Biosensing"। The Journal of Physical Chemistry C। 115 (50): 24437–24453। ডিওআই:10.1021/jp207821t। পিএমআইডি 22299057। পিএমসি 3268044 ।  Boriskina, S. V.; Reinhard, B. M. (২০১১)। "Spectrally and spatially configurable superlenses for optoplasmonic nanocircuits"। Proceedings of the National Academy of Sciences। 108 (8): 3147–3151। arXiv:1110.6822 । ডিওআই:10.1073/pnas.1016181108। পিএমআইডি 21300898। পিএমসি 3044402 । বিবকোড:2011PNAS..108.3147B।  Boriskina, S. V.; Reinhard, B. R. M. (২০১১)। "Adaptive on-chip control of nano-optical fields with optoplasmonic vortex nanogates"। Optics Express। 19 (22): 22305–15। arXiv:1111.0022 । ডিওআই:10.1364/OE.19.022305। পিএমআইডি 22109072। পিএমসি 3298770 । বিবকোড:2011OExpr..1922305B।  Hong, Y.; Pourmand, M.; Boriskina, S. V.; Reinhard, B. R. M. (২০১৩)। "Enhanced Light Focusing in Self-Assembled Optoplasmonic Clusters with Subwavelength Dimensions"। Advanced Materials। 25 (1): 115–119। ডিওআই:10.1002/adma.201202830। পিএমআইডি 23055393।  Ahn, W.; Boriskina, S. V.; Hong, Y.; Reinhard, B. R. M. (২০১২)। "Photonic–Plasmonic Mode Coupling in On-Chip Integrated Optoplasmonic Molecules"। ACS Nano। 6 (1): 951–60। ডিওআই:10.1021/nn204577v। পিএমআইডি 22148502।  http://prl.aps.org/abstract/PRL/v81/i12/p2582_1