लेड आयोडाइड (PbI.) की परमाणु रूप से पतली परतों से बना एक द्वि-आयामी लैमेलर क्रिस्टल2) का उपयोग नई पीढ़ी के सर्किट के निर्माण के लिए किया जा सकता है जो टेराहर्ट्ज़ आवृत्ति रेंज में जानकारी प्रसारित करने के लिए प्रकाश और यांत्रिक कंपन (इलेक्ट्रॉन के बजाय) का उपयोग करते हैं।
ब्राजीलियन सेंटर फॉर रिसर्च इन एनर्जी एंड मैटेरियल्स (सीएनपीईएम) के शोधकर्ताओं ने लिली विश्वविद्यालय (फ्रांस) और अन्य अंतरराष्ट्रीय संस्थानों के सहयोगियों के साथ साझेदारी में इस तकनीक का अध्ययन किया है और अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए हैं।प्रकृति संचार.
टेराहर्ट्ज़ बैंड इन्फ्रारेड और माइक्रोवेव के बीच स्थित विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के कम -ऊर्जा क्षेत्र से मेल खाता है। इसके बावजूद, इसे उच्च गति संचार प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए महत्वपूर्ण माना जाता है।
"आज, वाई-फाई और 5जी कुछ गीगाहर्ट्ज़ (गीगाहर्ट्ज़, 10) की आवृत्तियों पर काम करते हैं।9हर्ट्ज़)। लेकिन सैकड़ों गीगाहर्ट्ज़, या यहां तक कि टेराहर्ट्ज़ (10) की ओर बढ़ने में रुचि है12हर्ट्ज़), क्योंकि आवृत्ति जितनी अधिक होगी, बैंडविड्थ और डेटा ट्रांसमिशन क्षमता उतनी ही अधिक होगी," ब्राज़ीलियाई सिंक्रोट्रॉन लाइट लेबोरेटरी (एलएनएलएस - सीएनपीईएम) में इम्बुइया बीमलाइन के प्रमुख और अध्ययन के समन्वयक राउल डी ओलिवेरा फ्रीटास कहते हैं।
अध्ययन में जांच की गई कि एक सस्ती सामग्री लेड आयोडाइड का उपयोग करके इस आवृत्ति रेंज में विकिरण के लिए वेवगाइड के रूप में कार्य करने में सक्षम उच्च गुणवत्ता वाले स्तरित क्रिस्टल का उत्पादन कैसे किया जाए।
यह प्लेटफ़ॉर्म एक अनुनादक के रूप में कार्य कर सकता है, जो प्रकाश को सीमित करता है और दोलन के कुछ तरीकों को बढ़ाकर विशिष्ट आवृत्तियों का चयन करता है। यह एक बीम स्प्लिटर के रूप में भी कार्य कर सकता है, जो ऑप्टिकल सिग्नल को वितरित करने की अनुमति देने के लिए प्रकाश की किरण को दो या दो से अधिक पथों में विभाजित करता है, या एक मॉड्यूलेटर के रूप में, जो जानकारी को एन्कोड करने के लिए प्रकाश के गुणों, जैसे तीव्रता, चरण या आवृत्ति को बदलता है।
कार्य का सबसे नवीन पहलू प्रकाश को उसकी तरंग दैर्ध्य से बहुत कम मात्रा में सीमित करने की क्षमता है।
"टेराहर्ट्ज़ रेंज में, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य सैकड़ों माइक्रोमीटर होती है। हम जो करते हैं वह इस प्रकाश को सबमाइक्रोमीटर क्षेत्रों के भीतर सीमित कर देता है," फ्रीटास बताते हैं।
यह फोनन पोलारिटोन के निर्माण से संभव हुआ है, जो हाइब्रिड क्वासिपार्टिकल्स हैं जो क्रिस्टल जाली (फोनन) में परमाणुओं के कंपन को प्रकाश के साथ जोड़ते हैं।
शोधकर्ता टिप्पणी करते हैं, "ऐसा लगता है जैसे फोनन को प्रकाश से सजाया गया था, जो अद्वितीय गुणों के साथ एक क्वासिपार्टिकल बना रहा था। इन क्वासिपार्टिकल्स के प्रसार की विशेषताएं और पदार्थ के साथ बातचीत अलग-अलग प्रकाश और पृथक फोनन दोनों से भिन्न होती है।"
प्रकाश के अत्यधिक कारावास में विवर्तन सीमा से परे संचालन शामिल है, जो पारंपरिक ऑप्टिकल सिस्टम के रिज़ॉल्यूशन को प्रतिबंधित करता है।
"शास्त्रीय प्रकाशिकी में, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटी संरचनाओं का निरीक्षण या हेरफेर करना संभव नहीं है। पोलरिटोन के साथ, हम उस सीमा को पार करने में कामयाब रहे हैं," फ्रीटास कहते हैं।
इसे प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने स्कैटरिंग {{0} टाइप नियर {{1} फ़ील्ड ऑप्टिकल स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी (एस - एसएनओएम) का उपयोग किया, एक ऐसी तकनीक जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को अत्यधिक संपीड़ित करने के लिए नैनोस्केल धातु युक्तियों को नियोजित करती है।
"टिप एक एंटीना के रूप में कार्य करता है और मूल तरंग दैर्ध्य की परवाह किए बिना, दसियों नैनोमीटर के क्रम पर आयामों के साथ एक विद्युत क्षेत्र हॉटस्पॉट बनाता है। यह प्रकाश के स्थानिक पैमाने में भारी कमी की अनुमति देता है," फ्रीटास कहते हैं।
"इसके अलावा, एसएनओएम जांच में विद्युत क्षेत्र घनत्व 10 तक है5मुक्त तरंगों की तुलना में कई गुना अधिक, जो नैनोफोटोनिक अनुसंधान के लिए तकनीक की श्रेष्ठता की व्याख्या करता है। हम 200-माइक्रोमीटर तरंग को 50 नैनोमीटर से छोटी मात्रा में सीमित करने में सक्षम थे।"
अध्ययन का एक अन्य मुख्य निष्कर्ष PbI में फोनन - पोलारिटोन का उच्च गुणवत्ता कारक था2. गुणवत्ता कारक इस बात का माप है कि दोलन नष्ट होने से पहले कितनी देर तक बना रहता है।
"सिस्टम जितनी देर तक दोलन करेगा, गुणवत्ता कारक उतना ही अधिक होगा। PbI2हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन) की तुलना में प्रदर्शन किया जाता है, जो इन्फ्रारेड रेंज में संदर्भ सामग्री है, "फ़्रीटास कहते हैं।
एक सरल और टिकाऊ विकल्प
लेड आयोडाइड के विपरीत, हेक्सागोनल बोरान नाइट्राइड (एचबीएन) को संश्लेषित करना बेहद कठिन सामग्री है, जिसके लिए अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थिति की आवश्यकता होती है। दो दशकों से अधिक के शोध के बाद भी, दुनिया भर में कुछ समूहों ने उच्च गुणवत्ता पर इस सामग्री का उत्पादन करने में महारत हासिल कर ली है। इसके अलावा, इसके गुण इसे मध्य इन्फ्रारेड रेंज के लिए उपयुक्त बनाते हैं, लेकिन टेराहर्ट्ज़ रेंज के लिए नहीं।
दूसरी ओर, लेड आयोडाइड के दो सस्ते, प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पूर्वगामी हैं: आयोडीन और लेड। इसे अत्यंत सरल तरीके से क्रिस्टलीकृत भी किया जा सकता है।
शोधकर्ता का कहना है, "जब तक एक सुपरसैचुरेटेड घोल प्राप्त न हो जाए, तब तक नमक को पानी में घोलें और इसे लगभग 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें, जिसे घरेलू स्टोव पर किया जा सकता है। ठंडा करने के दौरान, सामग्री क्रिस्टलीकृत हो जाती है, जिससे ऐसी संरचनाएं बनती हैं जिन्हें एकत्र किया जा सकता है।"
नैनोस्केल पर प्रकाश में हेरफेर करने की क्षमता इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को बदलने या पूरक करने में सक्षम एकीकृत फोटोनिक सर्किट का मार्ग प्रशस्त करती है।
"वर्तमान में, जानकारी इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से उपकरणों के भीतर प्रसारित की जाती है। प्रकाश का उपयोग करने से गति में काफी वृद्धि हो सकती है और नुकसान कम हो सकता है। यह दूरसंचार के क्षेत्र में जो हुआ उसके अनुरूप है," फ्रीटास कहते हैं।
"पहले, हम विद्युत केबलों का उपयोग करते थे; आज, हम ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करते हैं, जो बहुत अधिक गति की अनुमति देते हैं। उसी सिद्धांत को चिप्स के अंदर भी लागू किया जा सकता है। और, उच्च गति के अलावा, ऊर्जा की बचत होती है: विद्युत धाराओं की तुलना में प्रकाश को बहुत कम नुकसान होता है। इसके परिणामस्वरूप अधिक कुशल और टिकाऊ समाधान हो सकते हैं।"
