एकात्मिक फोटोनिक सर्किट्स वापरणाऱ्या चिप्स 'टेराहर्ट्झ गॅप' बंद करण्यास मदत करू शकतात.

संशोधकांनी एकात्मिक फोटोनिक सर्किटसह एक अत्यंत पातळ चिप विकसित केली आहे जी स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि इमेजिंगसाठी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रममध्ये 0.3-30THz दरम्यान असलेल्या तथाकथित टेराहर्ट्झ गॅपचा वापर करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

ही तफावत सध्या तांत्रिकदृष्ट्या मृत झोनसारखी आहे, जी आजच्या इलेक्ट्रॉनिक्स आणि दूरसंचार उपकरणांसाठी खूप वेगवान परंतु ऑप्टिक्स आणि इमेजिंग अनुप्रयोगांसाठी खूप मंद फ्रिक्वेन्सीचे वर्णन करते.

तथापि, शास्त्रज्ञांच्या नवीन चिपमुळे आता त्यांना अनुकूल वारंवारता, तरंगलांबी, मोठेपणा आणि टप्प्यासह टेराहर्ट्झ लाटा निर्माण करण्यास सक्षम केले आहे. अशा अचूक नियंत्रणामुळे टेराहर्ट्झ रेडिएशनचा वापर इलेक्ट्रॉनिक आणि ऑप्टिकल क्षेत्रांमध्ये पुढील पिढीच्या अनुप्रयोगांसाठी करता येईल.

EPFL, ETH झुरिच आणि हार्वर्ड विद्यापीठ यांच्यात झालेले हे काम प्रकाशित झाले आहेनिसर्ग संवाद.

ईपीएफएलच्या अभियांत्रिकी शाळेतील हायब्रिड फोटोनिक्स (एचवायएलएबी) प्रयोगशाळेत संशोधनाचे नेतृत्व करणाऱ्या क्रिस्टीना बेनिया-चेल्मस यांनी स्पष्ट केले की, जरी टेराहर्ट्झ लाटा यापूर्वी प्रयोगशाळेत तयार केल्या गेल्या असल्या तरी, मागील दृष्टिकोन योग्य फ्रिक्वेन्सी निर्माण करण्यासाठी प्रामुख्याने बल्क क्रिस्टल्सवर अवलंबून होते. त्याऐवजी, तिच्या प्रयोगशाळेत लिथियम निओबेटपासून बनवलेल्या आणि हार्वर्ड विद्यापीठातील सहयोगींनी नॅनोमीटर स्केलवर बारीक कोरलेल्या फोटोनिक सर्किटचा वापर अधिक सुव्यवस्थित दृष्टिकोन निर्माण करतो. सिलिकॉन सब्सट्रेटचा वापर देखील उपकरणाला इलेक्ट्रॉनिक आणि ऑप्टिकल सिस्टममध्ये एकत्रीकरणासाठी योग्य बनवतो.

"खूप उच्च फ्रिक्वेन्सीवर लाटा निर्माण करणे अत्यंत आव्हानात्मक आहे आणि अशा फार कमी तंत्रे आहेत ज्या त्या अद्वितीय नमुन्यांसह निर्माण करू शकतात," तिने स्पष्ट केले. "आता आपण टेराहर्ट्झ लाटांचा अचूक ऐहिक आकार तयार करण्यास सक्षम आहोत - मूलतः म्हणायचे तर, 'मला असे दिसणारे तरंगरूप हवे आहे.'"

हे साध्य करण्यासाठी, बेनिया-चेल्मसच्या प्रयोगशाळेने चिपच्या वेव्हगाईड्स नावाच्या चॅनेलची व्यवस्था अशा प्रकारे डिझाइन केली की ऑप्टिकल फायबरमधून प्रकाश निर्माण होणाऱ्या टेराहर्ट्झ लहरी प्रसारित करण्यासाठी सूक्ष्म अँटेना वापरता येतील.

"आमचे उपकरण आधीच मानक ऑप्टिकल सिग्नलचा वापर करते ही खरोखरच एक फायदा आहे, कारण याचा अर्थ असा आहे की या नवीन चिप्स पारंपारिक लेसरसह वापरल्या जाऊ शकतात, जे खूप चांगले काम करतात आणि खूप चांगल्या प्रकारे समजले जातात. याचा अर्थ आमचे उपकरण दूरसंचार-सुसंगत आहे," बेनिया-चेल्मस यांनी जोर दिला. तिने पुढे म्हटले की टेराहर्ट्झ श्रेणीमध्ये सिग्नल पाठविणारी आणि प्राप्त करणारी सूक्ष्म उपकरणे सहाव्या पिढीच्या मोबाइल सिस्टममध्ये (6G) महत्त्वाची भूमिका बजावू शकतात.

ऑप्टिक्सच्या जगात, बेनिया-चेल्मस स्पेक्ट्रोस्कोपी आणि इमेजिंगमध्ये लघु लिथियम निओबेट चिप्सची विशेष क्षमता पाहतात. नॉन-आयोनायझिंग असण्याव्यतिरिक्त, टेराहर्ट्झ लाटा सध्या एखाद्या पदार्थाच्या रचनेबद्दल माहिती देण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या इतर अनेक प्रकारच्या लाटांपेक्षा (जसे की एक्स-रे) खूपच कमी-ऊर्जा असतात - मग ते हाड असो किंवा तेलचित्र. त्यामुळे लिथियम निओबेट चिपसारखे कॉम्पॅक्ट, विनाशकारी उपकरण सध्याच्या स्पेक्ट्रोग्राफिक तंत्रांना कमी आक्रमक पर्याय प्रदान करू शकते.

"तुम्हाला स्वारस्य असलेल्या पदार्थातून टेराहर्ट्झ रेडिएशन पाठवण्याची आणि त्याच्या आण्विक रचनेनुसार त्या पदार्थाचा प्रतिसाद मोजण्यासाठी त्याचे विश्लेषण करण्याची कल्पना तुम्ही करू शकता. हे सर्व मॅच हेडपेक्षा लहान उपकरणातून केले जाऊ शकते," ती म्हणाली.

पुढे, बेनिया-चेल्मस चिपच्या वेव्हगाईड्स आणि अँटेनाच्या गुणधर्मांमध्ये बदल करण्यावर लक्ष केंद्रित करण्याची योजना आखत आहेत जेणेकरून वेव्हफॉर्म्सना अधिक मोठेपणा आणि अधिक बारकाईने ट्यून केलेले फ्रिक्वेन्सी आणि क्षय दरांसह अभियांत्रिकी करता येईल. तिच्या प्रयोगशाळेत विकसित केलेल्या टेराहर्ट्झ तंत्रज्ञानाची क्वांटम अनुप्रयोगांसाठी उपयुक्त ठरण्याची शक्यता देखील तिला दिसते.

"अनेक मूलभूत प्रश्नांची उत्तरे द्यायची आहेत; उदाहरणार्थ, आम्हाला अशा चिप्सचा वापर करून नवीन प्रकारचे क्वांटम रेडिएशन निर्माण करता येते का, जे अत्यंत कमी वेळेत हाताळता येतात याबद्दल रस आहे. क्वांटम सायन्समध्ये अशा लाटा क्वांटम वस्तू नियंत्रित करण्यासाठी वापरल्या जाऊ शकतात," असे तिने निष्कर्ष काढले.