दुनिया की सबसे छोटी लाइट-ट्रैपिंग सिलिकॉन कैविटी का जन्म: परमाणु स्तर पर स्व-संयोजन क्वांटम प्रकाश स्रोत उत्पन्न करता है

बेहतर फोटोडिटेक्टर या क्वांटम प्रकाश स्रोतों का उत्पादन करने के लिए प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया की ताकत बढ़ाना क्वांटम ऑप्टिक्स और फोटोनिक्स का एक प्रमुख लक्ष्य है।
और ऐसा करने का सबसे अच्छा तरीका ऑप्टिकल रेज़ोनेटर का उपयोग करना है जो प्रकाश को लंबे समय तक संग्रहीत करता है ताकि पदार्थ के साथ उनकी बातचीत मजबूत हो जाए। यदि गुंजयमान यंत्र भी बहुत कॉम्पैक्ट है, तो प्रकाश को अंतरिक्ष के एक बहुत छोटे क्षेत्र में संपीड़ित करता है, बातचीत को और अधिक बढ़ाया जाता है। परफेक्ट रेज़ोनेटर में, एक परमाणु के आकार का क्षेत्र लंबे समय तक प्रकाश को संग्रहीत कर सकता है।
गुंजयमान यंत्र लघुकरण की चुनौती
दशकों से, इंजीनियर और भौतिक विज्ञानी इस समस्या से जूझ रहे हैं कि अपने प्रदर्शन से समझौता किए बिना छोटे ऑप्टिकल रेज़ोनेटर कैसे बनाएं, जैसे कि छोटे अर्धचालक उपकरणों का निर्माण कैसे किया जाता है। अगले 15 वर्षों के लिए सेमीकंडक्टर उद्योग का रोडमैप भविष्यवाणी करता है कि सेमीकंडक्टर संरचना की सबसे छोटी संभव चौड़ाई 8 एनएम से कम नहीं होगी, जो कि दसियों परमाणुओं की चौड़ाई है।
वर्णित स्व-इकट्ठी गुहाओं को एक ऑप्टिकल चिप के चारों ओर प्रकाश को रूट करने के लिए बड़ी स्व-इकट्ठी असेंबलियों में एकीकृत किया जा सकता है। यह आंकड़ा एक सर्किट में एम्बेडेड एक ऑप्टिकल कैविटी दिखाता है जिसमें कई स्व-इकट्ठे घटक होते हैं।
नया दृष्टिकोण विषम परिस्थितियों पर विजय प्राप्त करता है
पिछले साल, डीटीयू इलेक्ट्रो के एसोसिएट प्रोफेसर सोरेन स्टोबे और उनके सहयोगियों ने नेचर जर्नल में एक नया पेपर प्रकाशित किया था जिसमें उन्होंने 8 एनएम गुहाओं का प्रदर्शन किया था, लेकिन अब उन्होंने वायु रिक्तियों के साथ स्व-इकट्ठी गुहाओं को बनाने के लिए एक नई विधि का प्रस्ताव और प्रदर्शन किया है। कुछ परमाणुओं का पैमाना. उनका पेपर, "परमाणु-पैमाने की बाधाओं के साथ स्व-इकट्ठे फोटोनिक गुहाएं," नेचर के 6 दिसंबर के अंक में प्रकाशित निष्कर्षों का विवरण देता है।
इस प्रयोग में, एक सिलिकॉन संरचना के दो हिस्सों को एक स्प्रिंग से "निलंबित" किया गया था, और पहले चरण में, सिलिकॉन उपकरण को कांच की एक परत से मजबूती से जोड़ा गया था। यह उपकरण पारंपरिक अर्धचालक तकनीक का उपयोग करके बनाया गया था, इसलिए दोनों हिस्सों के बीच की दूरी केवल कुछ दसियों नैनोमीटर थी। एक बार जब कांच पर चुनिंदा नक्काशी हो जाती है, तो संरचना मुक्त हो जाती है और अब इसे केवल स्प्रिंग द्वारा समर्थित किया जाता है।
चूँकि दोनों भाग आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं, सतही बल उन्हें एक-दूसरे को आकर्षित करने के लिए प्रेरित करते हैं। परिणाम परमाणु पैमाने पर धनुष-टाई के आकार के अंतराल के आसपास सिलिकॉन दर्पण के साथ एक स्व-इकट्ठे अनुनादक है, जिसे सिलिकॉन संरचना की संरचना को सावधानीपूर्वक तैयार करके बनाया गया था।
शोधकर्ता अभी भी पूरी तरह से स्व-निर्माण सर्किट से दूर हैं। लेकिन वे दो दृष्टिकोणों को फ्यूज करने में कामयाब रहे हैं जो अब तक समानांतर ट्रैक के साथ यात्रा कर चुके हैं ताकि एक सिलिकॉन रेज़ोनेटर बनाया जा सके जिसे पहले कभी छोटा नहीं किया गया था।
सिलिकॉन-आधारित अर्धचालक प्रौद्योगिकी में प्रगति एक विशेष दृष्टिकोण द्वारा संभव हुई है, जिसे "टॉप-डाउन विधि" के रूप में जाना जाता है। एक अन्य दृष्टिकोण को "बॉटम-अप" तकनीक के रूप में जाना जाता है: नैनोटेक्नोलॉजी सिस्टम को स्वयं असेंबल करने का प्रयास करना। उनके शोध की कुंजी इन दोनों दृष्टिकोणों के संयोजन में निहित है।
अध्ययन नई पीढ़ी की निर्माण तकनीकों को नियोजित करके दो नैनोटेक्नोलॉजी दृष्टिकोणों को जोड़ने के लिए एक व्यवहार्य तकनीक का प्रदर्शन करता है जो पारंपरिक रूप से उत्पादित अर्धचालकों की स्केलेबिलिटी के साथ स्व-संयोजन द्वारा पेश किए गए परमाणु आकार को जोड़ती है।
फोटोनिक गुहाओं का निर्माण करके, शोधकर्ता फोटोन को हवा के अंतराल में इतने छोटे से सीमित करने में सक्षम थे कि उन्हें ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ भी सटीक रूप से मापा नहीं जा सकता था। हालाँकि, उनके द्वारा निर्मित सबसे छोटा आकार केवल 1-3 सिलिकॉन परमाणुओं का था, जिसने कम मात्रा में प्रकाश-ट्रैपिंग सिलिकॉन गुहाओं के लिए एक नया रिकॉर्ड स्थापित किया।
स्टोबे ने कहा, "हमें बाद में इन गुहाओं को ढूंढने और उन्हें किसी अन्य चिप आर्किटेक्चर में डालने की आवश्यकता नहीं है। यह भी संभव नहीं है क्योंकि यह बहुत छोटा है। दूसरे शब्दों में, हम एक परमाणु के पैमाने पर कुछ बना रहे हैं जिसे डाला गया है एक मैक्रोस्कोपिक सर्किट में। हम अनुसंधान की इस नई दिशा को लेकर बहुत उत्साहित हैं, और आगे बहुत काम करना बाकी है।"