आपके स्मार्टफोन, टीवी या वर्चुअल रियलिटी हेडसेट की स्क्रीन में जल्द ही एक बड़ा बदलाव आ सकता है। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के वैज्ञानिकों ने एक ऐसी तकनीक खोजी है जो डिजिटल डिस्प्ले को न केवल अधिक चमकीला और जीवंत बनाएगी, बल्कि उनकी ऊर्जा खपत को भी काफी कम कर देगी। यह खोज क्वांटम डॉट्स पर आधारित एलईडी (लाइट-एमिटिंग डायोड) की सबसे बड़ी कमी, यानी उनकी कम उम्र, को दूर करती है।
क्वांटम डॉट्स छोटे, नैनोस्केल के अर्धचालक कण होते हैं। ये नैनो कण बिजली से उत्तेजित होने पर बेहद शुद्ध और चमकीले रंग का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इन “सूक्ष्म चमकने वाले कणों” का उपयोग आजकल कुछ बेहतरीन गुणवत्ता वाले कंप्यूटर और टेलीविजन डिस्प्ले में किया जाता है, जिन्हें अक्सर “क्यूएलईडी” कहा जाता है। पारंपरिक डिस्प्ले हजारों छोटे बल्बों या चमकने वाले ऑर्गेनिक अणुओं का उपयोग करते हैं, लेकिन क्वांटम डॉट्स अधिक ऊर्जा-कुशल तरीके से लाल, हरे और नीले रंग की शुद्ध रोशनी पैदा कर सकते हैं। इनकी मदद से स्क्रीन पर दिखने वाले रंग ज़्यादा असली और आँखों को लुभाने वाले लगते हैं।
लगभग दो दशकों पहले, वैज्ञानिकों ने यह प्रदर्शित किया था कि अगर इन क्वांटम डॉट्स को सीधे बिजली से उत्तेजित किया जाए (जिन्हें क्यूडी-एलईडी कहा जाता है), तो डिस्प्ले की क्षमता और भी बढ़ सकती है। हालांकि, इनकी व्यावसायिक सफलता में एक बड़ी बाधा थी: ये क्यूडी-एलईडी बहुत लंबे समय तक नहीं चलते थे। खासकर नीले रंग के क्यूडी-एलईडी, लाल और हरे रंग की तुलना में 50 से 100 गुना कम स्थिर होते थे। एमआईटी के एक शोधकर्ता, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस के स्नातक छात्र रुईकी झांग बताते हैं, “अगर आप इन्हें किसी एलईडी डिस्प्ले में इस्तेमाल करते, तो आपका टीवी काम करना बंद करने से पहले शायद कुछ ही महीनों तक चलता। हम यह समझना चाहते थे कि नीले क्वांटम डॉट एलईडी में क्या अंतर है।”
एमआईटी के वैज्ञानिकों और सैमसंग के सहयोगियों ने मिलकर इस समस्या का समाधान ढूंढ निकाला है। उन्होंने पाया कि क्यूडी-एलईडी को एक एक्रीलेट-आधारित रेज़िन (एक तरह का पॉलीमर पदार्थ) में लपेटने से उनका जीवनकाल नाटकीय रूप से बढ़ाया जा सकता है। यह सरल और स्केलेबल प्रक्रिया क्यूडी-एलईडी के संचालन के दौरान होने वाले भौतिक क्षरण को कम करती है। वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया कि इस रेज़िन एनकैप्सुलेशन से कुछ उपकरणों में जीवनकाल में 5,000 गुना तक सुधार हुआ। यह एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है क्योंकि यह पहली बार इस तकनीक को व्यावसायिक उपयोग के करीब लाती है।
शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया को नैनोस्केल पर समझने के लिए एक अनूठी तकनीक विकसित की। उन्होंने एक छोटे क्यूडी-एलईडी को बेहद पतले, नैनोस्केल-पतले टुकड़ों में काटा और उन्हें एमआईटी.नैनो की शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी से जांचा। उन्होंने देखा कि नीले क्यूडी-एलईडी के अंदर की तीन मुख्य कार्यात्मक परतें, जो चमकने में मदद करती हैं, संचालन के दौरान पतली और खराब हो जाती हैं। अलग-अलग क्वांटम डॉट्स भी आपस में मिल जाते हैं, जिससे उनका आकार बिगड़ जाता है और वे अपनी चमक खोने लगते हैं। यह क्षरण आंशिक रूप से ऑपरेशन के दौरान अतिरिक्त हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के निकलने के कारण होता है। रुईकी झांग ने बताया, “हमें अभी तक ठीक से नहीं पता कि ये अतिरिक्त तत्व कहाँ से आते हैं – इसकी कई संभावनाएँ हैं। लेकिन हम निश्चित रूप से डिवाइस में अतिरिक्त हाइड्रोजन और ऑक्सीजन नहीं चाहते।” रेज़िन एनकैप्सुलेशन इस हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के निकलने को रोकता है, और इस प्रकार परतों के क्षरण को कम करता है।
इस खोज के दूरगामी परिणाम होंगे। यह तकनीक फ्लैट-स्क्रीन टीवी, संवर्धित (ऑगमेंटेड) और आभासी (वर्चुअल) रियलिटी हेडसेट, स्मार्टफोन स्क्रीन, मेडिकल इमेजिंग उपकरण और यहां तक कि बड़े क्षेत्र की रोशनी सतहों जैसे कई डिजिटल डिस्प्ले के विकास को गति दे सकती है। एमआईटी के प्रोफेसर व्लादिमीर बुलोविक, जो एमर्जिंग टेक्नोलॉजी के फारिबोरज़ मसीह (1990) प्रोफेसर और इस अध्ययन के वरिष्ठ लेखक हैं, कहते हैं, “क्वांटम डॉट एलईडी के संचालन के दौरान उनमें होने वाले परिवर्तनों की अंतर्दृष्टि से क्यूडी-एलईडी डिस्प्ले के व्यावसायीकरण में आने वाली सभी बाधाओं को दूर करने की संभावना खुलती है। यह तकनीक पहले कभी न देखे गए प्रकाश स्रोत प्रदान कर सकती है – रंग में शुद्ध, कागज के समान पतला और बड़े क्षेत्र का, जो डिस्प्ले और सामान्य प्रकाश व्यवस्था दोनों के उत्पादन के तरीके को बदल देगा।”
प्रोफेसर बुलोविक के साथ, इस शोध पत्र में प्रमुख लेखक रुईकी झांग और रसायन विज्ञान के लेस्टर वुल्फ प्रोफेसर मौंगी बावेंदी भी शामिल थे। प्रोफेसर बावेंदी ने क्वांटम डॉट्स की खोज और संश्लेषण के लिए 2023 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार साझा किया था। इस टीम ने मिलकर यह महत्वपूर्ण खोज की है जो डिस्प्ले टेक्नोलॉजी के भविष्य को बदल सकती है।
यह रेज़िन एनकैप्सुलेशन रणनीति, जो लागत प्रभावी और बड़े पैमाने पर उपयोग करने में आसान है, से लाल क्यूडी-एलईडी के जीवनकाल में आठ गुना और नीले क्यूडी-एलईडी में 5,000 गुना से अधिक सुधार हुआ। शोधकर्ता अब क्यूडी-एलईडी में अतिरिक्त परतें जोड़ने पर विचार कर रहे हैं जो दक्षता और जीवनकाल को और बेहतर बना सकें। वे इस अध्ययन से मिले सबक का उपयोग अन्य अनुप्रयोगों के लिए क्यूडी-एलईडी की स्थिरता बढ़ाने की भी योजना बना रहे हैं, जिससे यह तकनीक और भी अधिक बहुमुखी बन सके।
प्रोफेसर बुलोविक कहते हैं, “क्वांटम डॉट एलईडी का यह संस्करण अब तक मौजूद किसी भी चीज़ से बेहतर होगा – बनाने में सरल, अधिक कुशल और उच्च प्रदर्शन वाला। यह इस तकनीक के बारे में सोचने के कई और तरीकों के द्वार खोल सकता है, न केवल डिस्प्ले या प्रकाश व्यवस्था के लिए, बल्कि सेंसर, लेजर और इसी तरह के अन्य उपयोगों के लिए भी।” यह शोध सैमसंग एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा वित्त पोषित किया गया था और एमआईटी.नैनो सुविधाओं का उपयोग करके किया गया।
