IIT गुवाहाटी के शोधकर्ताओं ने ट्रेस रसायनों के स्पेक्ट्रोस्कोपिक डिटेक्शन के लिए सेमीकंडक्टर विकसित

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान गुवाहाटी के शोधकर्ताओं ने सेमीकंडक्टर का एक नया रूप विकसित किया है, जिसका उपयोग सरफेस एनहांस्ड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी या SERS नामक तकनीक का उपयोग करके ट्रेस रसायनों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है।

शोध का नेतृत्व प्रो. पी.के. गिरि, भौतिकी विभाग और नैनो प्रौद्योगिकी केंद्र, आईआईटी गुवाहाटी।

यह खोज SERS तकनीकों के विकास में मदद कर सकती है जो मौजूदा तकनीकों की तुलना में सस्ती और अधिक विश्वसनीय हैं।

2डी डेन्ड्रिटिक सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर के निर्माण और एसईआरएस संकेतों को बढ़ाने की उनकी क्षमता का विवरण प्रतिष्ठित नेचर पार्टनर जर्नल - 2डी सामग्री और अनुप्रयोगों में प्रकाशित किया गया है। पेपर का सह-लेखन तदाशा जेना, मोहम्मद द्वारा किया गया है। तारिक हुसैन, सुश्री उपासना नाथ, मनबेंद्र सरमा, हिरोशी सुगिमोटो, मिनोरू फ़ूजी और प्रो. पी.के. गिरि।

स्पेक्ट्रोस्कोपी एक ऐसी तकनीक है जो कई प्रकार के रसायनों और अणुओं की पहचान और लक्षण वर्णन करने के लिए प्रकाश और पदार्थों के बीच की बातचीत का विश्लेषण करती है। विभिन्न प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियाँ हैं, जिनमें से SERS, एक संवेदनशील तकनीक है जो विभिन्न पदार्थों की बहुत कम मात्रा का पता लगा सकती है।

SERS विभिन्न प्रकार की सामग्रियों द्वारा प्रकाश के अप्रत्यास्थ प्रकीर्णन (रमन प्रकीर्णन) के पैटर्न का अध्ययन करता है। SERS के केंद्र में सोने या चांदी के नैनोस्ट्रक्चर हैं - ऐसी संरचनाएं जो एक मानव बाल की चौड़ाई से एक लाख गुना छोटी हैं। ये नैनोस्ट्रक्चर प्रकाश के संपर्क में आने पर "इलेक्ट्रॉन चार्ज दोलन" नामक एक प्रक्रिया से गुजरते हैं, जो रमन सिग्नल को बढ़ाता है।

उनके शोध के औचित्य की व्याख्या करते हुए प्रो. पी.के. गिरि, भौतिकी विभाग और नैनो प्रौद्योगिकी केंद्र, आईआईटी गुवाहाटी। ने कहा, "उत्कृष्ट धातु नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग करने में समस्या यह है कि वे महंगे हैं, खराब पर्यावरणीय स्थिरता और पहचान की खराब पुनरुत्पादन क्षमता है।

सेमीकंडक्टर - सामग्री जिसमें विद्युत चालन गुण होते हैं जो धातुओं (कंडक्टर) और इंसुलेटर के मध्यवर्ती होते हैं - का धातु नैनोस्ट्रक्चर के विकल्प के रूप में अध्ययन किया जा रहा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वे बेहतर रासायनिक स्थिरता, विकल्पों की एक विस्तृत श्रृंखला और महान धातु SERS सबस्ट्रेट्स की तुलना में कम लागत प्रदान करते हैं। हालांकि, सेमीकंडक्टर्स में सिग्नल एम्पलीफिकेशन धातु नैनोस्ट्रक्चर की तुलना में बहुत कम है।"

IIT गुवाहाटी टीम ने सेमीकंडक्टर, पैलेडियम डि-सेलेनाइड (PdSe2) के एक अल्ट्राथिन टू-डायमेंशनल (2D) डेंड्राइटिक नैनोस्ट्रक्चर को डिजाइन किया और पाया कि यह उच्च SERS प्रवर्धन गुणों को प्रदर्शित करता है। उन्होंने इन संरचनाओं को बनाने के लिए रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) नामक एक विधि का उपयोग किया।

शोधकर्ताओं ने सेमीकंडक्टर-आधारित SERS तकनीक का इस्तेमाल रोडामाइन-बी जमा नामक डाई की मामूली मात्रा का पता लगाने के लिए किया। उन्होंने कई महीनों में सेमीकंडक्टर-आधारित SERS का परीक्षण किया, और प्रदर्शन में कोई गिरावट नहीं पाई, यह दिखाते हुए कि ये सबस्ट्रेट्स धातु-आधारित की तुलना में अधिक स्थिर हैं।

उनके काम के बारे में विस्तार से बताते हुए, प्रमुख शोधकर्ता ने कहा, "हमने कम्प्यूटेशनल अध्ययनों से यह भी दिखाया है कि लाइन दोष और नैनोपोर्स वाले 2डी-डेंड्रिटिक संरचनाओं में धातु जैसा व्यवहार हो सकता है, जो मल्टी-पाथ चार्ज ट्रांसफर प्रक्रियाओं द्वारा आगे समर्थित है। ये दोनों रमन सिग्नल के संवर्द्धित प्रवर्धन में योगदान करते हैं।"

SERS विभिन्न स्थितियों में रसायनों की ट्रेस मात्रा का पता लगाने के लिए उपयोगी है - पानी में प्रदूषक, रक्त में बायोमार्कर, आदि। शोधकर्ताओं की रिपोर्ट है कि लागत प्रभावी डेंड्राइटिक 2D PdSe2 महंगे धातु-नैनोपार्टिकल-आधारित प्लास्मोनिक SERS सबस्ट्रेट्स की जगह ले सकता है।