फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड्स

संदर्भ

नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में, पर्ड्यू विश्वविद्यालय (Purdue University) के शोधकर्ताओं ने निर्वात में फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड्स (Fluorescent Nanodiamonds- FND) को सफलतापूर्वक उत्तोलित कर अल्ट्रा-हाई स्पीड पर घूर्णित किया है, जिससे विभिन्न उद्योगों में नए अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त हुआ है।

फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड्स (FND)

• परिभाषा: फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड (FND) कार्बन नैनोकणों से बने नैनोमीटर आकार के हीरे हैं।
• फ्लोरोसेंट नैनोडायमंड्स (FND) की मुख्य विशेषताएँ 
  • उत्पादन प्रक्रिया: इन्हें उच्च तापमान और उच्च दाब प्रक्रिया के माध्यम से निर्मित किया गया है।
  • स्थिरता: ये प्रकाश में स्थिर होते हैं तथा प्राणियों के लिए गैर-विषैले होते हैं।
  • प्रतिदीप्ति: वे 10 नैनोसेकंड से अधिक का लंबा प्रतिदीप्ति जीवनकाल (Fluorescence Lifespan) प्रदर्शित करते हैं, जो क्वांटम डॉट्स से बेहतर प्रदर्शन करता है।
    • लंबे समय तक विकिरण के संपर्क में रहने पर FNDs परिवर्तित नहीं होते हैं।
    • प्रतिदीप्ति कुछ पदार्थों का वह गुण है, जो उच्च आवृत्ति के प्रकाश से विकिरणित होने पर कम आवृत्ति का प्रकाश उत्सर्जित करता है।
• FND के अनुप्रयोग
  • चिकित्सा निदान: AND कोशिकीय और आणविक दृश्य के लिए हाई-रिजॉल्यूशन इमेजिंग में मदद करता है।
    • कोशिकाओं की निगरानी: जीव विज्ञान में, वैज्ञानिक लंबी अवधि तक कोशिकाओं एवं उनके जनन पर नजर रखने के लिए FNDs का उपयोग करते हैं।
    • उन्नत इमेजिंग तकनीकें: FND विभिन्न इमेजिंग विधियों के बीच सहसंबंध को बेहतर बनाती हैं, जिससे नमूनों का व्यापक विश्लेषण संभव हो पाता है। 
  • औद्योगिक अनुप्रयोग
    • जाइरोस्कोप (Gyroscopes): FND के गुणों का उपयोग रोटेशन को मापने के लिए उन्नत जाइरोस्कोप बनाने के लिए किया जा सकता है।
    • उन्नत गुणों के लिए डोपिंग: नाइट्रोजन मिलाकर FNDs को संशोधित करने से क्वांटम प्रौद्योगिकी में अनुप्रयोगों के लिए उनकी कार्यक्षमता में सुधार हो सकता है।
    • तापमान संवेदन (Temperature Sensing): जैविक और औद्योगिक परिवेश में सूक्ष्म स्तर पर सटीक तापमान माप के लिए इनका प्रयोग किया जाता है।
    • संवेदनशील एक्सेलेरोमीटर (Sensitive Accelerometers): FND, त्वरण के दौरान में सूक्ष्म परिवर्तनों का पता लगा सकते हैं, जिससे वे विभिन्न उद्योगों में उच्च-मूल्य वाले सेंसरों के लिए उपयुक्त बन जाते हैं।
  • क्वांटम कंप्यूटिंग: FND को स्पिन क्यूबिट्स की मेजबानी के लिए तैयार किया जा सकता है, जो क्वांटम कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों के विकास में योगदान देगा।
  • बायोसेंसिंग: FND का उपयोग पर्यावरण प्रदूषकों या बायोमार्कर्स का पता लगाने के लिए किया जा सकता है, जो पारिस्थितिकी एवं स्वास्थ्य निगरानी में योगदान देता है।

FND से संबंधित अवधारणाएँ क्वांटम स्पिन: क्वांटम स्पिन इलेक्ट्रॉनों जैसे सूक्ष्म कणों का एक मौलिक गुण है, जिसे एक प्रकार का आंतरिक ‘घूर्णन’ माना जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन की स्पिन दो मुख्य दिशाओं अर्थात् ‘ऊपर’ और ‘नीचे’ की ओर इंगित कर सकती है। बेरी चरण (Berry Phase): बेरी चरण क्वांटम यांत्रिकी में एक अवधारणा है, जो एक ऐसी घटना का वर्णन करती है, जहाँ एक कण की स्थिति परिवर्तित हो जाती है क्योंकि वह अंतरिक्ष में एक बंद पथ पर घूर्णन करता है। क्वांटम यांत्रिकी में, जब एक इलेक्ट्रॉन विभिन्न अवस्थाओं से गुजरता है और अपनी मूल अवस्था में लौटता है, तो उसका तरंग फलन एक अतिरिक्त चरण, बेरी चरण, ग्रहण कर सकता है। शोधकर्त्ताओं द्वारा यह दर्शाया गया कि वे घूर्णन के कारण स्पिन क्यूबिट के बेरी चरण को माप सकते हैं, भविष्य में यह प्रक्रिया नए संदर्भों में FND के उपयोग के लिए प्रभावी हो सकती है। नाइट्रोजन वैकेंसी (Nitrogen Vacancy) केंद्र: NV केंद्र हीरे के क्रिस्टल में विशिष्ट दोष हैं, जहाँ एक नाइट्रोजन परमाणु एक कार्बन परमाणु को प्रतिस्थापित करता है, जिससे लैटिस (Lattice) संरचना में एक रिक्ति स्थान (विलुप्त कार्बन परमाणु) उत्पन्न हो जाता है।  यह संरचना अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों की अनुमति देती है।

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