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

शोधकर्ताओं ने एक एकीकृत फोटोनिक सर्किट के साथ एक बेहद पतली चिप विकसित की है जिसका उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग के लिए तथाकथित टेराहर्ट्ज गैप - इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम में 0.3-30THz के बीच झूठ बोलने के लिए किया जा सकता है।

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

हालांकि, वैज्ञानिकों की नई चिप अब उन्हें अनुरूप आवृत्ति, तरंग दैर्ध्य, आयाम और चरण के साथ टेराहर्ट्ज़ तरंगों का उत्पादन करने में सक्षम बनाती है।इस तरह के सटीक नियंत्रण से इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल दोनों क्षेत्रों में अगली पीढ़ी के अनुप्रयोगों के लिए टेराहर्ट्ज़ विकिरण का उपयोग किया जा सकता है।

ईपीएफएल, ईटीएच ज्यूरिख और हार्वर्ड विश्वविद्यालय के बीच किए गए काम में प्रकाशित किया गया हैप्रकृति संचार।

क्रिस्टीना बेनिया-चेल्मस, जिन्होंने ईपीएफएल के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में हाइब्रिड फोटोनिक्स (एचवाईएलएबी) की प्रयोगशाला में अनुसंधान का नेतृत्व किया, ने समझाया कि जबकि टेराहर्ट्ज तरंगों को पहले प्रयोगशाला सेटिंग में उत्पादित किया गया है, पिछले दृष्टिकोण मुख्य रूप से बल्क क्रिस्टल पर भरोसा करते हैं ताकि सही उत्पन्न हो सके। आवृत्तियों।इसके बजाय, उसकी प्रयोगशाला में फोटोनिक सर्किट का उपयोग, जो लिथियम नाइओबेट से बना है और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में सहयोगियों द्वारा नैनोमीटर पैमाने पर बारीकी से उकेरा गया है, एक अधिक सुव्यवस्थित दृष्टिकोण के लिए बनाता है।एक सिलिकॉन सब्सट्रेट का उपयोग भी डिवाइस को इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल सिस्टम में एकीकरण के लिए उपयुक्त बनाता है।

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

इसे प्राप्त करने के लिए, बेनिया-चेल्मस की प्रयोगशाला ने चिप के चैनलों की व्यवस्था को डिज़ाइन किया, जिसे वेवगाइड्स कहा जाता है, इस तरह से सूक्ष्म एंटेना का उपयोग ऑप्टिकल फाइबर से प्रकाश द्वारा उत्पन्न टेराहर्ट्ज़ तरंगों को प्रसारित करने के लिए किया जा सकता है।

"तथ्य यह है कि हमारा उपकरण पहले से ही एक मानक ऑप्टिकल सिग्नल का उपयोग करता है, वास्तव में एक फायदा 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," बेनिया-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 लघु लिथियम नाइओबेट चिप्स के लिए विशेष क्षमता देखता है।गैर-आयनीकरण होने के अलावा, टेराहर्ट्ज़ तरंगें कई अन्य प्रकार की तरंगों (जैसे एक्स-रे) की तुलना में बहुत कम ऊर्जा वाली होती हैं, जो वर्तमान में किसी सामग्री की संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए उपयोग की जाती हैं - चाहे वह हड्डी हो या तेल चित्रकला।लिथियम नाइओबेट चिप जैसा एक कॉम्पैक्ट, गैर-विनाशकारी उपकरण वर्तमान स्पेक्ट्रोग्राफिक तकनीकों के लिए कम आक्रामक विकल्प प्रदान कर सकता है।

"आप अपनी आणविक संरचना के आधार पर सामग्री की प्रतिक्रिया को मापने के लिए रुचि रखने वाली सामग्री के माध्यम से टेराहर्ट्ज विकिरण भेजने और इसका विश्लेषण करने की कल्पना कर सकते हैं।यह सब एक माचिस की तीली से छोटे उपकरण से, ”उसने कहा।

इसके बाद, बेनिया-चेल्मस ने चिप के वेवगाइड्स और एंटेना के गुणों को अधिक से अधिक एम्पलीट्यूड वाले इंजीनियर वेवफॉर्म, और अधिक सूक्ष्मता से ट्यून की गई आवृत्तियों और क्षय दरों पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बनाई है।वह क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होने के लिए अपनी प्रयोगशाला में विकसित टेराहर्ट्ज़ तकनीक की क्षमता भी देखती है।

“पता लगाने के लिए कई मूलभूत प्रश्न हैं;उदाहरण के लिए, हम इस बात में रुचि रखते हैं कि क्या हम ऐसे चिप्स का उपयोग नए प्रकार के क्वांटम विकिरण उत्पन्न करने के लिए कर सकते हैं जिन्हें बेहद कम समय में हेरफेर किया जा सकता है।क्वांटम विज्ञान में ऐसी तरंगों का उपयोग क्वांटम वस्तुओं को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है," उसने निष्कर्ष निकाला।