কৃত্রিম হীরার প্রয়োগকে ত্বরান্বিত করার জন্য ফটোনিক্স প্রযুক্তি উন্নয়ন

সিন্থেটিক হীরা উৎপাদনে অগ্রগতি নতুন ফটোনিক্স প্রযুক্তিকে সম্ভব করেছে, কিন্তু কোয়ান্টাম অ্যাপ্লিকেশন পরিবেশন করার ক্ষেত্রে এই নতুন প্রযুক্তির জন্য অনেক চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে।
গত এক দশক বা তারও বেশি সময় ধরে, বেশ কয়েকটি মূল প্রযুক্তির প্রবণতা এবং বাজারের চাহিদার দ্বারা চালিত, অনেক বাণিজ্যিক, উদীয়মান ফোটোনিক্স প্রযুক্তি যা হীরার বিশেষ ভৌত বৈশিষ্ট্যের সুবিধা গ্রহণ করে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি দেখেছে। রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD), ডায়মন্ড কালার সেন্টার ইঞ্জিনিয়ারিং দ্বারা অপটিক্যাল মানের হীরার সংশ্লেষণে উদ্ভাবন এবং হীরার অপটিক্যাল উপাদান এবং ফোটোনিক কাঠামো তৈরির প্রযুক্তি এই অগ্রগতিগুলিকে সম্ভব করেছে।
হীরার চমৎকার অন্তর্নিহিত বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে ফোটোনিক্স অ্যাপ্লিকেশন
High purity diamond exhibits transparency in the frequency range from ultraviolet to terahertz and beyond. It has the highest room temperature thermal conductivity of any bulk material (>তামার তুলনায় 5 গুণ), কম থার্মো-অপটিক্যাল সহগ থাকাকালীন। এই বৈশিষ্ট্যগুলি হীরা অপটিক্সকে উচ্চ-শক্তির শিল্প লেজার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ করে তোলে, যার মধ্যে রয়েছে মেশিনিং, ঢালাই এবং সংযোজন উত্পাদন, যেখানে এটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বর্ণালীর বিভিন্ন অংশে প্রযোজ্য।
উপরন্তু, হীরা পৃথিবীর সবচেয়ে কঠিন পরিচিত পদার্থ, এবং এটি অত্যন্ত কঠিন এবং শ্রমসাধ্য, এটি প্রতিরক্ষা এবং সুরক্ষা অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্যও আদর্শ করে তোলে যার জন্য রূঢ় অপটিক্যাল এবং ইনফ্রারেড উপাদান এবং খুব চ্যালেঞ্জিং পরিবেশে কাজ করার ক্ষমতা প্রয়োজন।
অপটিক্যাল মানের সিভিডি হীরা একক স্ফটিক এবং পলিক্রিস্টালাইন আকারে পাওয়া যায়। পলিক্রিস্টালাইন হীরার সুবিধা হল এটি 135 মিমি ব্যাস পর্যন্ত বড় আকারের বৃহৎ এলাকা ডিভাইসের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, এটি সবচেয়ে উন্নত সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস ফ্যাব্রিকেশন নোডগুলির জন্য চরম আল্ট্রাভায়োলেট (EUV) লিথোগ্রাফি সিস্টেমের জন্য উচ্চ-শক্তি 10.6 μm CO2 লেজারগুলির জন্য একটি উইন্ডো হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।
এই প্রযুক্তি, যা মুরের আইনের সাথে তাল মিলিয়ে চালিত হয়, কঠোর অপটিক্যাল মানের মানদণ্ডে ডায়মন্ড উইন্ডো সংশ্লেষণ এবং প্রক্রিয়াকরণের উপর অনেক বেশি নির্ভর করে, কারণ অন্য কোন অপটিক্যাল উপাদান প্রয়োজনীয় চরম লেজারের অবস্থার অধীনে কাজ করতে পারে না।
প্রায় 1.5 μm এর চেয়ে কম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে পলিক্রিস্টালাইন সিভিডি হীরার বিক্ষিপ্ত ক্ষতির অর্থ হল যে এই পরিসরের বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশন একক ক্রিস্টাল হীরা ব্যবহার করে সমাধান করা হয়। বর্তমানে উপলব্ধ হীরার স্তরগুলির আকারের সীমাবদ্ধতার কারণে, একক-ক্রিস্টাল হীরার উপাদানগুলি সাধারণত প্রায় 5-10 মিমি দৈর্ঘ্যের হয়, এবং যদিও কিছু নির্মাতারা অ-হীরার স্তরগুলিতে বৃহৎ-ক্ষেত্রের একক-ক্রিস্টাল হীরা তৈরি করছে, এই উপাদানটি করতে পারে না তুলনামূলকভাবে উচ্চ অভ্যন্তরীণ স্ট্রেনের কারণে সমস্ত অপটিক্যাল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ব্যবহার করা হবে।
আকারের সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, কিছু একক-ক্রিস্টাল সিভিডি ডায়মন্ড ফোটোনিক্স কৌশল তৈরি করা হয়েছে, যেমন এলিমেন্ট সিক্স-এর অনন্য কম-আলো-শোষণকারী, কম-বিরফ্রিঞ্জেন্স স্ফটিকগুলির উপর ভিত্তি করে ডায়মন্ড রমন লেজার।
এই অরৈখিক লেজারগুলি উত্তেজিত রমন বিচ্ছুরণের ঘটনাকে কাজে লাগিয়ে পাম্প রশ্মিকে স্টোকস-শিফ্টেড আউটপুট রশ্মিতে রূপান্তর করে, এইভাবে UV থেকে IR জুড়ে নতুন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপলব্ধ লেজার উত্সগুলির পরিসর প্রসারিত করে, যার মধ্যে রয়েছে: উপাদান ঢালাই, 3D প্রিন্টিং, নির্দেশিত শক্তি , LIDAR, রিমোট সেন্সিং, এবং লেজার গাইডেড স্টার (LGS)।
ডায়মন্ডের সর্বোচ্চ রমন লাভ সহগগুলির মধ্যে একটি রয়েছে, যা এর চমৎকার তাপ পরিবাহিতা সহ এটিকে 1 এর "মানুষের চোখের নিরাপদ" বর্ণালী অঞ্চল সহ পাওয়ার স্কেলিং এবং উজ্জ্বলতা বৃদ্ধি প্রদর্শনের জন্য একটি আদর্শ লাভের মাধ্যম করে তোলে৷{1} }.8 μm। এই পরিসরে, উপলব্ধ লেজার উত্সের পছন্দ পূর্বে সীমিত করা হয়েছে।
কালার কোর ইঞ্জিনিয়ারিং এর মাধ্যমে ডায়মন্ডের অ্যাপ্লিকেশন প্রসারিত করা
যদিও হীরার অভ্যন্তরীণ অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলির একটি চমৎকার সেট রয়েছে, এটিতে শত শত বিভিন্ন অপটিক্যাল সক্রিয় ত্রুটি (রঙ কেন্দ্র) রয়েছে। এর মধ্যে কয়েকটি প্রযুক্তিগত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ যা আলোর কোয়ান্টাম অবস্থা এবং রঙ কেন্দ্রগুলির ইলেক্ট্রন স্পিন বৈশিষ্ট্যগুলিকে কাজে লাগায়, যার মধ্যে রয়েছে কোয়ান্টাম যোগাযোগ, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং বিভিন্ন সেন্সিং অ্যাপ্লিকেশন।
বিশেষ লক্ষণীয় হল নাইট্রোজেন ভ্যাকেন্সি (NV) রঙের কেন্দ্র - হীরার একটি উজ্জ্বল বিন্দু ত্রুটি যা ঘরের তাপমাত্রায় আলো এবং আরএফ ক্ষেত্রগুলির প্রয়োগের মাধ্যমে সহজেই এর কোয়ান্টাম অবস্থার পরিবর্তন করার ক্ষমতার কারণে নিবিড় গবেষণার বিষয় হয়ে উঠেছে।
চূড়ান্ত আবেদন প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে, কেউ দুটি উপায়ে এনভি রঙ কেন্দ্র তৈরি করতে পারে। একটি হল সিভিডি বৃদ্ধির প্রক্রিয়া চলাকালীন নাইট্রোজেনের ডোপিং নিয়ন্ত্রণ করে যাতে নাইট্রোজেন পরমাণুগুলি পছন্দসই ঘনত্বে উপাদান জুড়ে বিতরণ করা হয়। অন্যদিকে, নাইট্রোজেন ইনজেকশন ব্যবহার করে পৃথক রঙের কেন্দ্রগুলির সুনির্দিষ্ট স্থানিক নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। জালি শূন্যস্থানগুলি উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রন বিকিরণ দ্বারা তৈরি করা হয়, এবং স্ফটিকের নাইট্রোজেন পরমাণুর সাথে বন্ধনে শূন্যস্থানগুলিকে একত্রিত করার জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় স্ফটিকটিকে অ্যানিল করা হয়, যার ফলে এনভি রঙের কেন্দ্র হয়। সিলিকন ভ্যাকেন্সি (SiV) বা জার্মেনিয়াম ভ্যাকেন্সি (GeV) সেন্টারের মতো অন্যান্য কাস্টমাইজড কালার সেন্টার গঠনের জন্য অনুরূপ পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে।
কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণের জন্য, রঙ কেন্দ্রগুলির অ্যারে প্রয়োজন - উভয়ই তাদের কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলি নিয়ন্ত্রণ করতে এবং ফোটোনিক গহ্বরের মাধ্যমে পৃথক পৃথক কেন্দ্রগুলিকে দক্ষতার সাথে জোড়া দিতে। হীরার রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তা এবং বাজারের ব্যাপক প্রাপ্যতার অভাবের কারণে, এই ধরনের কাঠামোর জন্য প্রয়োজনীয় ন্যানোফ্যাব্রিকেশন কৌশলগুলি বিকাশের জন্য এখনও যথেষ্ট প্রচেষ্টা এবং তহবিল প্রয়োজন; যাইহোক, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা ওয়েভগাইড, কলাম, গহ্বর এবং ডিস্কের আকারে জটিল ন্যানোস্ট্রাকচার তৈরি, বিভিন্ন ফটোলিথোগ্রাফি কৌশল ব্যবহার করে এবং এচিংয়ের জন্য প্লাজমা এবং প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন রশ্মির ব্যবহার সহ এই ক্ষেত্রে দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছেন। .
ডায়মন্ড কোয়ান্টাম ফোটোনিক্স অর্জনের জন্য ভবিষ্যতের চ্যালেঞ্জ
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা উচ্চ অভ্যন্তরীণ অপটিক্যাল গুণমান এবং উচ্চ-মানের রঙ কেন্দ্রগুলির সাথে হীরা উৎপাদনে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করেছেন এবং অনেক নতুন এবং বিদ্যমান উন্নত ফটোনিক্স কৌশলগুলিকে সক্ষম করেছেন৷
যাইহোক, কোয়ান্টাম ফটোনিক্সে ডায়মন্ড অ্যাপ্লিকেশনগুলি কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য স্কেলেবল চিপ হিসাবে সফলভাবে প্রয়োগ করার আগে বেশ কয়েকটি চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে। এর মধ্যে রয়েছে: রঙ-কেন্দ্রিক প্রকৌশলের উন্নতি এবং কোয়ান্টাম বিটের দৃঢ়তা; ওয়েফার তৈরি; এবং অন্যান্য ফোটোনিক উপকরণ এবং উপাদানগুলির সাথে হাইব্রিড একীকরণ। এই চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও, এই অঞ্চলগুলির দিকে পরিচালিত বর্তমান গবেষণা অত্যন্ত সক্রিয় এবং আগামী বছরগুলিতে যথেষ্ট অগ্রগতি প্রত্যাশিত।