RIKEN আল্ট্রা-ওয়াইড তাপমাত্রা পরিসরে নতুন অগ্রগতি করেছে (-180~240 ডিগ্রি) ব্লু ফেজ লিকুইড ক্রিস্টাল লেজার

ব্লু-ফেজ লিকুইড ক্রিস্টাল (BPLCs) লেজারগুলি, তাদের কম লেজার থ্রেশহোল্ড, বহু-উদ্দীপনা প্রতিক্রিয়া, বহু-দিকনির্দেশক নির্গমন এবং রিয়েল-টাইম পুনর্বিন্যাসযোগ্যতা সহ, সেন্সিং, ডিসপ্লে এবং অ্যান্টি-জালিয়াতিতে দুর্দান্ত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। বর্তমানে, ব্লু ফেজ লিকুইড ক্রিস্টাল লেজারের গবেষণায় বাহ্যিক উদ্দীপনার (যেমন, আলো, বিদ্যুৎ, তাপ, বল, ইত্যাদি) অধীনে লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের টিউনেবিলিটি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে এবং BPLC-এর সংকীর্ণ তাপমাত্রা উইন্ডো নিজেই আগ্রহের দিকে নিয়ে গেছে। প্রশস্ত-তাপমাত্রার ডোমেন বিপিএলসি লেজারের গবেষণায়। পলিমার স্ট্যাবিলাইজেশন সিস্টেম গ্রহণ সফলভাবে BPLC-এর তাপমাত্রা পরিসীমাকে 500 ডিগ্রিতে প্রসারিত করেছে, যা BPLCs লেজারের তাপমাত্রার পরিসরের অনুরূপ প্রসারণের দিকেও নিয়ে যায়। যাইহোক, অন্যান্য জৈব লেজারের সাথে তুলনা করে, কম তাপমাত্রায় BPLC-তে মোবাইল ফেজের ছোট অণুর এলোমেলো স্ফটিককরণ এবং রঞ্জক ও সিস্টেমের মধ্যে দুর্বল সামঞ্জস্যতা BPLC-তে 0 ডিগ্রির নিচে লেজার নির্গত করাকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। অধিকন্তু, নিম্ন তাপমাত্রায় BPLCs লেজারগুলির কাজের প্রক্রিয়া এখনও অস্পষ্ট। এটি অন্যান্য নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশ যেমন মেরু, গভীর মহাসাগর এবং স্থানগুলিতে BPLCs লেজারগুলির সম্ভাব্য প্রয়োগগুলিকে মারাত্মকভাবে সীমিত করে। অতএব, ভাল সিস্টেম সামঞ্জস্যতা এবং নিম্ন-তাপমাত্রা অ্যান্টিফ্রিজ পূরণের জন্য উপযুক্ত BPLCs সিস্টেমের নকশা নিম্ন-তাপমাত্রার BPLCs লেজারগুলির বিকাশের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
উপরোক্ত সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য, চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস, ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্স অ্যান্ড কেমিস্ট্রির সেন্টার ফর বায়োনোম্যাটেরিয়ালস অ্যান্ড ইন্টারফেস সায়েন্সের শিক্ষাবিদ জিয়াং লেই এবং গবেষক ওয়াং জিংজিয়া-এর দল পলিমার-স্থিতিশীল নীল-ফেজ তরল স্ফটিক তৈরি করেছে। তাপমাত্রার বিস্তৃত পরিসর (-190 ডিগ্রী ~360 ডিগ্রী ) তাদের পূর্ববর্তী কাজ (Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3477.); নীল-ফেজ লিকুইড ক্রিস্টালের ব্যান্ড গ্যাপ সেন্টার এবং ডাই প্যাটার্ন সামঞ্জস্য করে, আমরা একই ফলাফল অর্জন করতে সক্ষম হয়েছি। প্রস্তুত ব্লু-ফেজ লিকুইড ক্রিস্টাল ব্যান্ডগ্যাপ সেন্টার, ডাই অর্ডারিং প্যারামিটার, রেজোন্যান্স ক্যাভিটি কোয়ালিটি এবং পাম্প এনার্জি সামঞ্জস্য করে, ডাই-ডোপড ব্লু-ফেজ লিকুইড ক্রিস্টালের রেজোন্যান্স ক্যাভিটিতে নিয়ন্ত্রিত ওয়ান-টু-ফোর-মোড পৃষ্ঠ নির্গমন লেসিং অর্জন করা হয়েছে। (C6-BPLCs) (অ্যাড. ম্যাটার। 2022, 34 (9), 2108330।); প্রস্তুত ব্লু-ফেজ তরল স্ফটিকগুলি অত্যন্ত সমাধান করা মাল্টিকালার ব্লু-ফেজ লিকুইড স্ফটিক তৈরির জন্য টেমপ্লেট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। টেমপ্লেট হিসাবে প্রস্তুত নীল তরল স্ফটিক ব্যবহার করে, উচ্চ রেজোলিউশন বহু রঙের নীল তরল স্ফটিক প্রস্তুত করা হয়েছিল (অ্যাড. ফাংশন। ম্যাটার। 2022, 32 (15), 2110985।); এবং নীল তরল স্ফটিকগুলির পলিমার বিষয়বস্তু নিয়ন্ত্রণ করে, নীল তরল স্ফটিকগুলির পলিমার স্ক্যাফোল্ডিং সিস্টেম প্রাপ্ত করা হয়েছিল, এবং BPLC-এর তাপমাত্রা পরিসীমা 25~230 ডিগ্রি পর্যন্ত প্রসারিত হয়েছিল (অ্যাড. মেটার। 2022, 34 (47), 2206580।) মেটার 2022, 34 (47), 2206580।
সম্প্রতি, গবেষণা দলটি যৌক্তিক সিস্টেম নির্বাচন এবং নকশা দ্বারা একটি বিস্তৃত লেজার তাপমাত্রা পরিসীমা ({{0}} ডিগ্রী ) 0 ডিগ্রীর নীচে সফলভাবে উপলব্ধি করেছে, ছোট তরল স্ফটিক অণুগুলির এলোমেলো স্ফটিককরণ হ্রাস করে সমস্ত-পলিমারাইজেশন দ্বারা তাপমাত্রা, এবং সিস্টেমের সামঞ্জস্যতা উন্নত করতে চেইন-নমনীয় লিকুইড ক্রিস্টাল মনোমার (RM105) এবং ডাই অণু (DCMs) নির্বাচন করা। এটি দেখানো হয়েছিল যে সমস্ত-পলিমার বিপিএলসিগুলি একটি সরু লেজার লাইনউইথ (0.0881 এনএম) এবং কম লেজার থ্রেশহোল্ড (37 এনজে/পালস) ভাল সিস্টেম সামঞ্জস্যের কারণে প্রদর্শন করেছে; এদিকে, অল-পলিমারাইজড সিস্টেম নমুনার ফটো-থার্মাল স্থায়িত্ব বাড়িয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে পর্যাপ্ত প্রতিফলন/ফ্লুরোসেন্স সংকেত, উপযুক্ত কোয়ান্টাম ফলন এবং ফ্লুরোসেন্স লাইফটাইম, মিলিত প্রতিফলন এবং ফ্লুরোসেন্স স্পেকট্রা, স্থিতিশীল বিপিএলসি ফ্যাব্রিকেশন এবং উচ্চ পচন তাপমাত্রা, যা নমুনাগুলিকে সক্ষম করে। লেজার আলো -180-240 ডিগ্রিতে নির্গত করুন। উপরন্তু, কম তাপমাত্রায় বিপিএলসি-এর লেজার তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং প্রান্তিকতার পরিবর্তনের নিয়ম (<0 ℃) are revealed for the first time, i.e., red-shifted laser wavelength and increasing laser threshold with decreasing temperature, resulting in a red-shifted laser wavelength and a "U"-shaped laser threshold in -180~240 ℃. These unique laser behaviors are related to the temperature-dependent anisotropic deformation of the BP lattice (-180-0 ℃: BPI lattice contracted along the (110) direction; 0-26.7 ℃: almost unchanged BPI lattice; 26.7-240 ℃: BPI lattice accelerated to expand along the (110) direction). This work not only opens the door to low-temperature BPLCs, but also provides important insights into the design of novel organic optical devices.
অ্যাডভান্সড ম্যাটেরিয়ালগুলিতে প্রকাশিত ফুল-পলিমারাইজড ব্লু ফেজ সুপারস্ট্রাকচারের উপর ভিত্তি করে -180 ডিগ্রি থেকে 240 ডিগ্রি পর্যন্ত বিস্তৃত সুপার-ওয়াইড টেম্পারেচার লেজার হিসাবে ফলাফলগুলি উপস্থাপন করা হয়েছে।
নিবন্ধটির সংশ্লিষ্ট লেখক হলেন চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্স অ্যান্ড কেমিস্ট্রির ডাঃ জিংজিয়া ওয়াং। ইউজি চেন, আইইউপিএসি, সিএএস-এর পিএইচডি ছাত্র, প্রথম লেখক। আইইউপিএসি থেকে মিঃ জিং লি এবং মিঃ ফেং জিন নীল-ফেজ তরল স্ফটিকগুলির লেজারের চরিত্রায়নে সহায়তা করেছিলেন, ফুদান বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা বিভাগের অধ্যাপক লেই শি নীল-ফেজ তরল স্ফটিকগুলির ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপের চরিত্রায়নে সহায়তা করেছিলেন, এবং চীনা একাডেমি অফ সায়েন্সেসের পদার্থবিজ্ঞান ও রসায়ন ইনস্টিটিউটের শিক্ষাবিদ লেই জিয়াং এই গবেষণার জন্য পেশাদার নির্দেশিকা এবং সহায়তা প্রদান করেছেন।
এই গবেষণাটি চীনের ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এবং চীনা একাডেমি অফ সায়েন্সেসের নেদারল্যান্ডস রিসার্চ প্রোগ্রাম দ্বারা সমর্থিত ছিল।

চিত্র 1. সম্পূর্ণ পলিমারাইজড বিপিএলসি-এর রাসায়নিক গঠন এবং বৈশিষ্ট্য। ক) ডোপড রঞ্জকের সম্পূর্ণ পলিমারাইজড নমুনায় ব্যবহৃত পদার্থের রাসায়নিক কাঠামোগত সূত্র; b) -180 - 240 ডিগ্রি লেজার তাপমাত্রার ডোমেনে নমুনার মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তনের পরিকল্পিত চিত্র; গ) TEM প্লট; ঘ) কোসেল প্লট; পরিবর্তনশীল-তাপমাত্রা e) প্রতিফলন বর্ণালী এবং চ) -180 - 240 ডিগ্রি নমুনার প্রতিপ্রভ বর্ণালী ; g) লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্য বনাম তাপমাত্রা; h) সাহিত্যে নীল-ফেজ লিকুইড ক্রিস্টাল লেজারের অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসরের সাথে বর্তমান কাজের তুলনা।

চিত্র 2. অন্যান্য সিস্টেমের সাথে এই অল-পলিমার সিস্টেমের পারফরম্যান্সের তুলনা এবং ডাই সামঞ্জস্যতা পরীক্ষা। ক) লেজারের তাপমাত্রা পরিসরের তুলনা; খ) ঘরের তাপমাত্রায় লেজার থ্রেশহোল্ডের তুলনা; গ) POM c1 এর অধীনে রঞ্জক দ্রবণীয়তা পরীক্ষা) 90৷{9}} মিলিগ্রাম RM105 + 4.5 মিগ্রা ডিসিএম; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6, 120 ডিগ্রিতে। এটি নির্দেশ করে যে DCM এর RM105 এর সাথে আরও ভাল সামঞ্জস্য রয়েছে। df) সমন্বিত শক্তি ঘনত্বের তাত্ত্বিক গণনা (CED), পরীক্ষামূলক ব্যবস্থা: RM105 + RM257 + DCM; নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা: C6M + C6। পরীক্ষামূলক সিস্টেমে কন্ট্রোল সিস্টেমের তুলনায় একটি বড় CED এবং দ্রবণীয়তা পরামিতি (δ) রয়েছে, যা প্রস্তাব করে যে সমস্ত-পলিমার সিস্টেমের C6M + C6 এর চেয়ে ভাল সামঞ্জস্য রয়েছে। g) D) DCM, RM105 + 4.5 mg DCM-এর তাত্ত্বিক গণনা; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6 120 ডিগ্রিতে। (g) DSC প্লট, অল-পলিমার নমুনার জন্য শুধুমাত্র একটি গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg=26.7 ডিগ্রি) আছে, যেখানে শুধুমাত্র একটি Tg (-42.94 ডিগ্রি) নেই, কিন্তু এছাড়াও একটি ক্রিস্টালাইজেশন পিক (Tc=-24.95 ডিগ্রী ) এবং 25 wt% পলিমারাইজেশন ডিগ্রী সহ নমুনার জন্য আনপলিমারাইজড কম্পোনেন্টের একটি ফেজ ট্রানজিশন পিক (TBP=77.35 ডিগ্রী)। (TBP= 77.35 ডিগ্রি)।
চিত্র 3. সমস্ত-পলিমার নমুনার লেজার বৈশিষ্ট্য। ab) নির্গমন বর্ণালী, -180-240 ডিগ্রি ; cd) ঘরের তাপমাত্রায় লেজারের FWHM; e) ঘরের তাপমাত্রায় লেজার থ্রেশহোল্ড; f) একটি "U" আকারে থ্রেশহোল্ড বনাম তাপমাত্রা।

চিত্র 4. সমস্ত-পলিমার নমুনার ফটোথার্মাল সম্পত্তি বিশ্লেষণ। ক) থার্মোগ্রাভিমেট্রিক বিশ্লেষণ; bd) পরিস্থিতি পরিবর্তনশীল তাপমাত্রা XRD; e) বিভিন্ন তাপমাত্রায় প্রতিফলন শিখর এবং ফ্লুরোসেন্স শিখরগুলির আপেক্ষিক অবস্থান; f) প্রতিফলন কেন্দ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য/প্রতিফলনের তীব্রতা বনাম তাপমাত্রা; পরিবর্তনশীল তাপমাত্রা ছ) কোয়ান্টাম ফলন এবং জ) ফ্লুরোসেন্স জীবনকাল; i) পরিবর্তনশীল তাপমাত্রায় POM প্লট; j) সিটু পরিবর্তনশীল তাপমাত্রায় কৌণিকভাবে সমাধানকৃত বর্ণালী (প্রতিফলন মোড)।

চিত্র 5. সমস্ত-পলিমার নমুনার তাপমাত্রা পরিবর্তনের সময় ইন-সিটু কোসেল পরিবর্তন। ক) কোসেল প্লট; খ) কোসেল প্লট / বিপি জালি বনাম তাপমাত্রা; গ) কোসেল কেন্দ্র বৃত্তাকার ব্যাসার্ধ (R) এবং প্রতিফলন কেন্দ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λ) বনাম তাপমাত্রা (T)।

চিত্র 6. তাপমাত্রা পরিবর্তনের সময় অল-পলিমার নমুনার মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তন এবং অন্যান্য লেজার বৈশিষ্ট্য। ক) বিভিন্ন তাপমাত্রায় BP জালির পরিবর্তন। a1) বিপিআই জালি বরাবর সংকুচিত (110); a2) প্রায় অপরিবর্তিত BPI জালি; a3) বরাবর BPI স্ফটিকগুলির ত্বরিত প্রসারণ (110); খ) x, y, এবং z-এর তিনটি অর্থোগোনাল দিকে লেজার নির্গমন, পাম্প শক্তি: 0.205 μJ/পালস; গ) লেজারের মেরুকরণ পরীক্ষা, L/RCP: বাম/ডান বৃত্তাকার মেরুকৃত আলো, পাম্প শক্তি: 0.205 μJ/পালস। পাম্প শক্তি: 0.205 μJ/পালস।