EPFL ಸಂಶೋಧಕರು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ತೆಳುವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ ಅದು ಬೆಳಕಿನೊಂದಿಗೆ ತಮ್ಮ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಸರಿಹೊಂದಿಸಬಹುದು. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಸುಧಾರಿತ ಸಂವಹನಗಳು, ಸಂವೇದನೆ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಿಗೆ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಸವಾಲನ್ನು ಮೀರಿಸುತ್ತದೆ.
ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ವರ್ಣಪಟಲದ ಮಧ್ಯ-ಅತಿಗೆಂಪು (ಮಧ್ಯ-ಐಆರ್) ಭಾಗದಲ್ಲಿನ ಬೆಳಕು ಆಧುನಿಕ ಸಂವೇದನೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಅಣುಗಳು ಈ ರೀತಿಯ ಬೆಳಕಿನೊಂದಿಗೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುವುದರಿಂದ, ಜೈವಿಕ ವಸ್ತುಗಳು, ಔಷಧಗಳು ಮತ್ತು ಮಾಲಿನ್ಯಕಾರಕಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಮಧ್ಯ-IR ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಂತಹ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಮಿಡ್-ಐಆರ್ ಲೈಟ್ ಫ್ರೀ-ಸ್ಪೇಸ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನಗಳಲ್ಲಿ ಮಾಹಿತಿ ವಾಹಕವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಕೇಬಲ್ಗಳು ಅಥವಾ ಫೈಬರ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸದೆ ಗಾಳಿಯ ಮೂಲಕ ಡೇಟಾವನ್ನು ರವಾನಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮಧ್ಯ-IR ಬೆಳಕಿನ ಉತ್ತಮ ನಿಯಂತ್ರಣವು ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಪತ್ತೆಕಾರಕಗಳಿಗೆ ಮತ್ತು ವೇಗವಾದ ಸಂವಹನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು.
ಈ ರೀತಿಯ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಅನ್ವೇಷಿಸುತ್ತಿರುವ ಪರಿಹಾರಗಳಲ್ಲಿ ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳು ಒಂದಾಗಿದೆ. ಈ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ತೆಳುವಾದ ರಚನೆಗಳನ್ನು ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗಿದೆ ಅದು ಬೆಳಕಿನ ಅಲೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಿರ್ದೇಶಿಸುತ್ತದೆ. ದುರದೃಷ್ಟವಶಾತ್, ಇಲ್ಲಿಯವರೆಗೆ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ: ಒಮ್ಮೆ ತಯಾರಿಸಿದ ನಂತರ, ಅವುಗಳ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ನೈಜ-ಪ್ರಪಂಚದ ಫೋಟೊನಿಕ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
ಈಗ, EPFL ನ ಸ್ಕೂಲ್ ಆಫ್ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ನಲ್ಲಿನ ಬಯೋನಾನೋಫೋಟೋನಿಕ್ ಸಿಸ್ಟಮ್ಸ್ ಲ್ಯಾಬೋರೇಟರಿ (BIOS) ನಲ್ಲಿ ಹ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಲ್ಟಗ್ ನೇತೃತ್ವದ ಸಂಶೋಧಕರು ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಅಮಾನತುಗೊಂಡ ಪೊರೆಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ಈ ಅಡಚಣೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿಯೇ ಮೊಬೈಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ಚಾರ್ಜ್ಗಳನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳು ತಮ್ಮ ಭೌತಿಕ ರಚನೆಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸದೆ ನೈಜ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿಗೆ ಹೇಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಸಂಶೋಧಕರು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ಸಾಧನಗಳು ದಾಖಲೆಯ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸಹ ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ, ಇದೇ ರೀತಿಯ ವಸ್ತುಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಹಿಂದಿನ ಮಧ್ಯ-ಐಆರ್ ಪ್ಲಾಟ್ಫಾರ್ಮ್ಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಪ್ರಮುಖ ಮೆಟ್ರಿಕ್ಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಕ್ರಮಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು.
“ಗಾಳಿಯಲ್ಲಿ ಅಮಾನತುಗೊಂಡ ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಡ್ ಪದರದೊಂದಿಗೆ ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದರ ಮೂಲಕ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಮಧ್ಯ-ಇನ್ಫ್ರಾರೆಡ್ ಪ್ಲಾಟ್ಫಾರ್ಮ್ಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮಿತಿಗೊಳಿಸುವ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಷ್ಟವನ್ನು ನಾವು ಬಹಳವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು” ಎಂದು ಅಲ್ಟಗ್ ವಿವರಿಸಿದರು. ಕೃತಿಯನ್ನು ನೇಚರ್ ಕಮ್ಯುನಿಕೇಷನ್ಸ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಮಿಲಿಸೆಕೆಂಡ್ಗಳಿಂದ ಸೆಕೆಂಡಿನ ಶತಕೋಟಿಯಷ್ಟು
BIOS ಹಿರಿಯ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಇವಾನ್ ಸಿನೆವ್ ವಿವರಿಸಿದಂತೆ, ತಂಡವು ಅವುಗಳ ನ್ಯಾನೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಅನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸದೆ ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳನ್ನು ಟ್ಯೂನಿಂಗ್ ಮಾಡುವ ಎರಡು ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು.
“ಒಂದು ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ಮೂಲಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಸಾವಿರಾರು ಬಾರಿ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲು ನಾವು ಸಂಯೋಜಿತ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಮೈಕ್ರೋ-ಹೀಟರ್ಗಳಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತೇವೆ” ಎಂದು ಅವರು ಹೇಳಿದರು. “ಇನ್ನೊಂದರಲ್ಲಿ, ಈ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸಲು ನಾವು ಅಲ್ಟ್ರಾಫಾಸ್ಟ್ ಲೇಸರ್ ದ್ವಿದಳ ಧಾನ್ಯಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ, ಮೆಟಾಸರ್ಫೇಸ್ಗಳು ಶತಕೋಟಿ ಸೆಕೆಂಡುಗಳ (ನ್ಯಾನೊಸೆಕೆಂಡ್) ಸಮಯದ ಅಳತೆಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.”
ಈ ಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳ ತ್ವರಿತ, ನೈಜ-ಸಮಯದ ಕುಶಲತೆಯು ಸಂವಹನ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ರವಾನಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಬದಲಾಗುತ್ತಿರುವ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಗೆ ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಂವೇದಕಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
“ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ನಮ್ಮ ಪ್ಲಾಟ್ಫಾರ್ಮ್ನ ರೆಕಾರ್ಡ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ಸ್ಕೇಲೆಬಿಲಿಟಿ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ಬರುವುದಿಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ನಾವು ಈಗಾಗಲೇ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವ ಉತ್ಪಾದನಾ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ” ಎಂದು ಮೊದಲ ಲೇಖಕ ಫೆಲಿಕ್ಸ್ ಬ್ರಿಖ್ ಹೇಳಿದರು.
ಭವಿಷ್ಯದ ಮಧ್ಯ-ಅತಿಗೆಂಪು ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ಗೆ ವೇದಿಕೆ
ಒಂದೇ ಸಾಧನವನ್ನು ರಚಿಸುವ ಬದಲು, ಕೆಲಸವು ಭವಿಷ್ಯದ ಮಧ್ಯ-ಐಆರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಿಗೆ ಬಹುಮುಖ ವೇದಿಕೆಯನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಪ್ಲಾಟ್ಫಾರ್ಮ್ ಮುಕ್ತ-ಸ್ಥಳದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನಕ್ಕಾಗಿ ಕಾಂಪ್ಯಾಕ್ಟ್, ಕಡಿಮೆ-ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಆಯ್ದ ಮತ್ತು ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ ರಾಸಾಯನಿಕ ಮತ್ತು ಜೈವಿಕ ಸಂವೇದನೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಬಹುದು. ಮೇಲ್ಮೈಗಳು ಶಾಖವನ್ನು ಹೊರಸೂಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡಲು ಸಕ್ರಿಯ ವಿಕಿರಣ ಕೂಲಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ಸಹ ಇದು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ಅಥವಾ ಉಪಗ್ರಹ ಉಷ್ಣ ನಿರ್ವಹಣೆ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಗಳಲ್ಲಿ.
ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮತ್ತು ವೇಗದ ಟ್ಯೂನಬಿಲಿಟಿ ಸಂಯೋಜನೆಯು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಂತಹ ಬೆಳಕಿನ ನಿಖರವಾದ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವ ಸುಧಾರಿತ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಗಳನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸಬಹುದು.