एकीकृत फोटोनिक सर्किट का उपयोग करने वाले चिप्स 'टेराहर्ट्ज़ गैप' को पाटने में मदद कर सकते हैं

शोधकर्ताओं ने एक एकीकृत फोटोनिक सर्किट के साथ एक अत्यंत पतली चिप विकसित की है, जिसका उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग के लिए विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में 0.3-30THz के बीच स्थित तथाकथित टेराहर्ट्ज़ गैप का फायदा उठाने के लिए किया जा सकता है।

यह अंतर वर्तमान में एक प्रकार से तकनीकी रूप से मृत क्षेत्र है, जो उन आवृत्तियों का वर्णन करता है जो आज के इलेक्ट्रॉनिक्स और दूरसंचार उपकरणों के लिए तो बहुत तेज़ हैं, लेकिन प्रकाशिकी और इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए बहुत धीमी हैं।

हालांकि, वैज्ञानिकों की नई चिप अब उन्हें अनुकूलित आवृत्ति, तरंगदैर्ध्य, आयाम और चरण के साथ टेराहर्ट्ज़ तरंगें उत्पन्न करने में सक्षम बनाती है। इस तरह के सटीक नियंत्रण से टेराहर्ट्ज़ विकिरण को इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल दोनों क्षेत्रों में अगली पीढ़ी के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग में लाया जा सकता है।

ईपीएफएल, ईटीएच ज्यूरिख और हार्वर्ड विश्वविद्यालय के बीच किया गया यह कार्य 2014 में प्रकाशित हुआ है।प्रकृति संचार.

ईपीएफएल के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में हाइब्रिड फोटोनिक्स (HYLAB) की प्रयोगशाला में अनुसंधान का नेतृत्व करने वाली क्रिस्टीना बेनेया-चेलमस ने बताया कि हालांकि टेराहर्ट्ज़ तरंगों का उत्पादन पहले भी प्रयोगशाला में किया जा चुका है, लेकिन पिछले तरीकों में सही आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए मुख्य रूप से बल्क क्रिस्टल पर भरोसा किया गया है। इसके बजाय, उनकी प्रयोगशाला में लिथियम नियोबेट से बने फोटोनिक सर्किट का उपयोग किया गया है, जिसे हार्वर्ड विश्वविद्यालय के सहयोगियों द्वारा नैनोमीटर पैमाने पर बारीकी से उकेरा गया है, जो इसे और अधिक सुव्यवस्थित दृष्टिकोण बनाता है। सिलिकॉन सब्सट्रेट का उपयोग भी डिवाइस को इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल सिस्टम में एकीकरण के लिए उपयुक्त बनाता है।

उन्होंने बताया, "बहुत उच्च आवृत्तियों पर तरंगें उत्पन्न करना बेहद चुनौतीपूर्ण है, और ऐसी बहुत कम तकनीकें हैं जो उन्हें अद्वितीय पैटर्न के साथ उत्पन्न कर सकती हैं।" "अब हम टेराहर्ट्ज़ तरंगों के सटीक अस्थायी आकार को इंजीनियर करने में सक्षम हैं - अनिवार्य रूप से यह कहने के लिए कि, 'मुझे एक ऐसी तरंग चाहिए जो इस तरह दिखती हो।'"

इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, बेनेआ-चेल्मस की प्रयोगशाला ने चिप के चैनलों की व्यवस्था, जिन्हें वेवगाइड्स कहा जाता है, इस प्रकार से डिजाइन की, कि सूक्ष्म एंटेना का उपयोग ऑप्टिकल फाइबर से प्रकाश द्वारा उत्पन्न टेराहर्ट्ज तरंगों को प्रसारित करने के लिए किया जा सके।

"यह तथ्य कि हमारा उपकरण पहले से ही एक मानक ऑप्टिकल सिग्नल का उपयोग करता है, वास्तव में एक लाभ है, क्योंकि इसका मतलब है कि इन नए चिप्स का उपयोग पारंपरिक लेज़रों के साथ किया जा सकता है, जो बहुत अच्छी तरह से काम करते हैं और बहुत अच्छी तरह से समझे जाते हैं। इसका मतलब है कि हमारा उपकरण दूरसंचार-संगत है," बेने-चेल्मस ने जोर दिया। उन्होंने कहा कि टेराहर्ट्ज़ रेंज में सिग्नल भेजने और प्राप्त करने वाले लघु उपकरण छठी पीढ़ी के मोबाइल सिस्टम (6G) में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं।

प्रकाशिकी की दुनिया में, बेनिया-चेल्मस स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग में लघुकृत लिथियम नियोबेट चिप्स की विशेष संभावना देखते हैं। गैर-आयनीकरण होने के अलावा, टेराहर्ट्ज़ तरंगें कई अन्य प्रकार की तरंगों (जैसे एक्स-रे) की तुलना में बहुत कम ऊर्जा वाली होती हैं, जिनका उपयोग वर्तमान में किसी सामग्री की संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए किया जाता है - चाहे वह हड्डी हो या तेल चित्रकला। इसलिए लिथियम नियोबेट चिप जैसा एक कॉम्पैक्ट, गैर-विनाशकारी उपकरण वर्तमान स्पेक्ट्रोग्राफ़िक तकनीकों के लिए एक कम आक्रामक विकल्प प्रदान कर सकता है।

उन्होंने कहा, "आप कल्पना कर सकते हैं कि आप जिस सामग्री में रुचि रखते हैं, उसके माध्यम से टेराहर्ट्ज़ विकिरण भेजकर, उसकी आणविक संरचना के आधार पर सामग्री की प्रतिक्रिया को मापने के लिए उसका विश्लेषण कर सकते हैं। यह सब एक माचिस की तीली से भी छोटे उपकरण से किया जा सकता है।"

इसके बाद, बेने-चेल्मस चिप के वेवगाइड और एंटेना के गुणों को बेहतर बनाने पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बना रही हैं, ताकि अधिक आयाम वाले तरंगरूपों, और अधिक सूक्ष्म रूप से ट्यून की गई आवृत्तियों और क्षय दरों को इंजीनियर किया जा सके। वह अपनी प्रयोगशाला में विकसित टेराहर्ट्ज़ तकनीक को क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होने की संभावना भी देखती हैं।

उन्होंने निष्कर्ष निकाला, "कई बुनियादी सवाल हैं जिनका समाधान किया जाना है; उदाहरण के लिए, हम इस बात में रुचि रखते हैं कि क्या हम ऐसे चिप्स का उपयोग करके नए प्रकार के क्वांटम विकिरण उत्पन्न कर सकते हैं जिन्हें अत्यंत कम समय-सीमा में नियंत्रित किया जा सकता है। क्वांटम विज्ञान में ऐसी तरंगों का उपयोग क्वांटम वस्तुओं को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है।"