कैसे चिरल मेटासर्फेस डेटा एन्कोडिंग को बदल रहे हैं

चिरालिटी क्या है? सममिति के पीछे का विज्ञान खोजें

In nature, symmetry is a fundamental feature of many things, including the components of DNA and light itself. It is possible that two molecules almost identical to each other differ not in their composition or shape, but in their orientation, a concept called “chirality”.

प्रकृति में, सममिति कई चीज़ों की एक मूलभूत विशेषता है, जिसमें डीएनए के घटक और स्वयं प्रकाश शामिल हैं। यह संभव है कि दो अणु जो एक-दूसरे के लगभग समान हों, वे अपनी संरचना या आकार में नहीं, बल्कि अपनी अभिविन्यास में भिन्न हों, जिसे ‘चिरालिटी’ कहा जाता है।

चिरालिटी को सबसे सरल रूप में इस कारण के रूप में समझाया जा सकता है कि हमारा बायाँ हाथ दाएँ हाथ से क्यों अलग है, जबकि दोनों हाथों का आकार, संरचना और कार्य समान होते हैं।

चिरालिटी जीवविज्ञान में एक मूलभूत भूमिका निभाती है, जहाँ प्राकृतिक चयन ने केवल ‘दाएँ हाथ’ वाले डीएनए अणु, शर्करा और अमीनो एसिड (प्रोटीन का मूल घटक) को चुना है।

इसी प्रकार की घटना प्रकाश में भी देखी जा सकती है, जो बाएँ या दाएँ ध्रुवीकृत हो सकता है, जिससे उसके विद्युत क्षेत्र की दिशा बदलती है।

जब एक चिरल अणु को ध्रुवीकृत प्रकाश के संपर्क में लाया जाता है, तो प्रतिक्रिया प्रकाश की ध्रुवीकरण दिशा के अनुसार भिन्न होती है।

यह भौतिकी में एक ज्ञात घटना है, लेकिन अब तक यह व्यावहारिक अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए बहुत कमजोर थी। यह संभवतः स्विस EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), ऑस्ट्रेलियाई नेशनल यूनिवर्सिटी और साउथ ऑस्ट्रेलिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के काम के कारण बदल गई है।

उन्होंने अपने परिणाम Nature Communications¹ में प्रकाशित किए, शीर्षक “लैटिस सममितियों द्वारा नियंत्रित अनुनादी मेटासर्फेस में चिरालिटी एन्कोडिंग” के तहत।

कैसे मेटा-एटम ट्यूनेबल चिरल मेटासर्फेस को सक्षम बनाते हैं

Scientists have been developing new types of materials, called metamaterials, for a few decades. Metamaterials derive new properties not found in nature, not from their composition alone, but from how their internal structure is designed.

मेटा-एटम वह ब्लॉक हैं जिनसे मेटामटेरियल बनते हैं।

शोधकर्ताओं ने छोटे तत्वों (मेटा-एटम) से बने 2D लैटिस विकसित किए हैं जो आसानी से अपनी चिरल गुणों को ट्यून कर सकते हैं।

स्रोत: Nature

लैटिस के भीतर मेटा-एटम की अभिविन्यास को बदलकर, वैज्ञानिक परिणामस्वरूप मेटासर्फेस की ध्रुवीकृत प्रकाश के साथ अंतःक्रिया को नियंत्रित कर सकते हैं।

स्रोत: Nature

प्रकाश-आधारित डेटा एन्कोडिंग के लिए चिरल टूलकिट

प्रकाश के साथ अंतःक्रिया को नियंत्रित करने के लिए चिरलिटी का उपयोग करने के पिछले प्रयास सीमित सफलता प्राप्त कर पाए। मुख्यतः, यह बहुत जटिल मेटा-एटम ज्यामितियों के उपयोग के कारण था।

इसके बजाय, स्विस और ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं ने मेटा-एटम के आकार और लैटिस की सममिति के बीच की अंतःक्रिया का उपयोग किया। उन्होंने जर्मेनियम और कैल्शियम डाइफ़्लोराइड से बना एक मेटासर्फेस उपयोग किया।

स्रोत: Nature

परिणामस्वरूप, वे एक पूर्वानुमेय चिरल व्यवहार उत्पन्न कर सके, जिसे सरल पैरामीटर द्वारा ट्यून किया जा सकता है, इस प्रकार ऑन-डिमांड चिरल डिज़ाइन के लिए एक सार्वभौमिक टूलकिट बनाया।

उलटा मेटासर्फेस पैटर्न इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी का उपयोग करके लिखा गया था।

डुअल डेटा ट्रांसमिशन

प्रूफ़-ऑफ़-कॉन्सेप्ट के रूप में, शोधकर्ताओं ने एक छवि बनाई जिसमें मेटासर्फेस द्वारा एन्कोडेड दो परतों का डेटा था, एक सामान्य प्रकाश से और एक ध्रुवीकृत प्रकाश से।

स्रोत: Nature

“ट्रांसमिशन इमेज” को मेटा-एटम के आकार द्वारा एन्कोड किया गया था, और इसे अनध्रुवीकृत प्रकाश से डिकोड किया जा सकता था। “चिरल इमेज” को मेटा-एटम की अभिविन्यास द्वारा एन्कोड किया गया था, जो गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के संपर्क में आने पर प्रकट होती है।

“यह प्रयोग हमारी तकनीक की क्षमता को दर्शाता है कि वह एक द्वि-परत ‘वॉटरमार्क’ उत्पन्न कर सकती है जो मानव आँख से अदृश्य है, जिससे उन्नत एंटी-काउंटरफ़िटिंग, छद्मवेश और सुरक्षा अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त होता है,”
Ivan Sinev – बायोनैनोफोटॉनिक्स सिस्टम्स लैब शोधकर्ता.

उपयोग किया गया प्रकाश इन्फ्रारेड रेंज के मध्य में था, जिससे यह तुलनात्मक रूप से कम लागत वाला और उपयोग में आसान था।

चिरल एन्कोडिंग तकनीक के वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग

इस तकनीक का पहला अनुप्रयोग क्षेत्र उन्नत एन्क्रिप्शन, टैगिंग और अन्य एंटी-काउंटरफ़िटिंग उपायों के लिए है।

इस तकनीक का उपयोग करके, एक अनोखा और गुप्त एन्कोडिंग स्तर, जो केवल इस चिरल टूलकिट के साथ संभव है, का उपयोग बैंक नोटों, पहचान पत्रों, भुगतान प्रणालियों और अन्य पहचान प्रणालियों की प्रामाणिकता प्रमाणित करने के लिए किया जा सकता है।

एक अन्य विकल्प इस तकनीक का उपयोग करके चिरल संरचनाओं के प्रति संवेदनशील सेंसर बनाना हो सकता है। क्योंकि अधिकांश जैविक अणु चिरल होते हैं, इसे बाएँ और दाएँ हाथ के बायोमोलेक्यूल्स के बीच अंतर करने में उपयोग किया जा सकता है।

स्रोत: Nature

चूंकि प्रणाली को एक ग्रेडिएंट के साथ ट्यून किया जा सकता है, यह चिरल अणुओं की स्केलेबल सेंसरिंग की भी अनुमति दे सकता है।

“हम अपने जैसे चिरल मेटा-स्ट्रक्चर का उपयोग करके, उदाहरण के लिए, छोटे मात्रा के नमूनों से दवा की संरचना या शुद्धता का पता लगा सकते हैं। यह एक दवा और विष के बीच अंतर कर सकता है,”
Felix Richter – बायोनैनोफोटॉनिक सिस्टम्स लैब शोधकर्ता.

ध्रुवीकृत प्रकाश उन्नत कंप्यूटिंग सिस्टमों में भी बहुत महत्वपूर्ण है, जो वर्तमान सिलिकॉन चिप्स के संभावित विकल्प के रूप में उभर रहे हैं। इसमें फोटॉनिक्स और ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, साथ ही क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम फोटॉनिक्स शामिल हैं।

ऐसी ट्यूनेबल चिरल प्रणाली का उपयोग ध्रुवीकृत प्रकाश के नियंत्रण में आगे की प्रगति के लिए किया जा सकता है, जिससे ऐसी टूल्स की सटीकता बढ़ेगी और उन्नत कंप्यूटिंग के नए प्रकारों के लिए लागत कम होगी।

सर्वश्रेष्ठ सार्वजनिक रूप से ट्रेडेड लेज़र और फोटॉनिक्स कंपनी

Coherent (II-VI Marlow): लेज़र नवाचार में एक नेता

जैसे-जैसे फोटॉनिक्स और मेटामटेरियल कई उद्योगों में अधिक महत्वपूर्ण हो रहे हैं, इन तकनीकों के मुख्य उपकरण, लेज़र, भी अपने बाजार में वृद्धि देख रहे हैं।

Coherent एक बड़ा औद्योगिक समूह है जिसमें 26,000+ कर्मचारी हैं और लेज़र तकनीक में अग्रणी है। यह उन्नत सामग्री II-VI (COHR ) Marlow और लेज़र निर्माता Coherent के विलय से बना है।

कंपनी लेज़र, ऑप्टिक्स और फोटॉनिक्स में उपयोग होने वाली उन्नत सामग्रियों जैसे इंडियम फॉस्फाइड, एपिटैक्सियल वेफ़र और गैलियम आर्सेनाइड में विशेषज्ञ है।

यह पिछले दशक में कई अधिग्रहणों के कारण बड़ी हद तक बढ़ी, 2013 में $600M राजस्व से 2024 में $4.7B तक।

कंपनी का 29% राजस्व सीधे लेज़र से आता है, जबकि बाकी का संबंध ऑप्टिकल फाइबर और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे सहायक उपकरणों से है। उपकरण वर्ग में मुख्यतः जीवन विज्ञान और चिकित्सा अनुप्रयोग शामिल हैं।

स्रोत: Coherent

थर्मोफोटोवोल्टाइक (जिसके बारे में हमने पिछले लेख में चर्चा की थी), सिलिकॉन कार्बाइड, लेज़र और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे उन्नत सामग्रियों में कंपनी की उपस्थिति उसे सटीक निर्माण, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3D प्रिंटिंग), इलेक्ट्रिफिकेशन और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे संरचनात्मक रुझानों से लाभान्वित करती है।

कंपनी ने हाल ही में अपने सिलिकॉन कार्बाइड व्यवसाय को एक नई इकाई में विभाजित किया है, जिसका 75% Coherent के पास है, शेष भाग उसके साझेदार Mitsubishi Electric (सिलिकॉन कार्बाइड पावर IP लाते हुए) और Denso (इलेक्ट्रिफिकेशन और पावर सेमीकंडक्टर्स में ऑटोमोटिव सप्लायर के रूप में अपनी गतिविधि लाते हुए) के बीच समान रूप से विभाजित है।

यह इसलिए है क्योंकि सिलिकॉन कार्बाइड धीरे-धीरे अपनी स्वयं की तकनीक बन रहा है, जो लेज़र से अलग है, और मुख्यतः ईवी, बैटरियों और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे उच्च शक्ति अनुप्रयोगों में उपयोग होता है। (आप हमारे समर्पित निवेश रिपोर्ट में इस तकनीक के बारे में सिलिकॉन कार्बाइड के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।)

Coherent के लेज़र इसे LIDAR और 3D-डिजिटल सेंसरिंग में, जिसमें स्व-ड्राइविंग अनुप्रयोग शामिल हैं, एक नेता बनाते हैं, बायोटेक नेक्स्ट जेनरेशन सीक्वेंसिंग (NGS) फ्लो सेल्स, और सेमीकंडक्टर निर्माण के लिए लेज़र में। यह अपने मुख्य बाजारों में 8-20% की वृद्धि की अपेक्षा करता है।

स्रोत: Coherent

लेज़रों के अन्य संभावित नए अनुप्रयोग, जैसे डायरेक्ट एनर्जी वेपन्स, फोटॉनिक कंप्यूटिंग, नाभिकीय फ्यूजन, और स्पेसटेक, सभी कंपनी की दीर्घकालिक वृद्धि को बनाए रखने में समान रूप से मदद कर सकते हैं।

समग्र रूप से, Coherent उन निवेशकों के लिए एक “शुद्ध-खेल” सार्वजनिक रूप से ट्रेडेड लेज़र कंपनी के जितना करीब हो सकता है, जिसमें मजबूत वर्टिकल इंटीग्रेशन और 3,100+ पेटेंट हैं जो उसकी नवाचारों की रक्षा करते हैं।

जैसे-जैसे फोटॉनिक्स आगे बढ़ेगा, यह अल्ट्रा-फ़ास्ट, अल्ट्रा-प्रिसाइज़ लेज़र सिस्टमों की मांग को क्रमशः बढ़ाएगा, साथ ही ऑप्टिकल टेलीकम्यूनिकेशन में उपयोग होने वाले लेज़र की भी।

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उल्लेखित अध्ययन

^{1. Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. लैटिस सममितियों द्वारा नियंत्रित अनुनादी मेटासर्फेस में चिरालिटी एन्कोडिंग. Nature Communications 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}