क्या लिथियम नाइओएटेट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक संभावित भविष्य है?

हमारी दुनिया विविध प्रकार की सामग्रियों, पदार्थों, रासायनिक यौगिकों आदि से भरी पड़ी है। जिनमें से प्रत्येक के अपने गुण, अपने नुकसान और फायदे हैं। कई वैज्ञानिक एक विशेष सामग्री या रासायनिक यौगिकों की खामियों को दूर करने की कोशिश में वर्षों बिताते हैं, जिससे इसकी गुणवत्ता में सुधार होता है, जो बदले में, संभावित अनुप्रयोगों की सीमा का विस्तार करता है। यह हार्वर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने किया है। उनका "प्रायोगिक" एक बहुत ही असामान्य यौगिक बन गया - लिथियम निओबेट। वैज्ञानिकों ने वास्तव में क्या किया और उन्हें क्या परिणाम मिले? आइए जानें। चलो चलते हैं।

"विषय": क्या, कैसे और क्यों?

शोध का आधार लिथियम नीबोट था। यह एक क्रिस्टलीय रासायनिक यौगिक है जो रासायनिक रूप से निष्क्रिय है और इसमें बहुत ही आश्चर्यजनक ऑप्टिकल गुण हैं। लिथियम नाइओबेट लगभग 1100 ° C के तापमान पर नाइओबियम ऑक्साइड और लिथियम कार्बोनेट को मिलाकर बनता है। इस स्थिति में, Czochralski विधि का उपयोग किया जाता है।


Czochralski विधि द्वारा क्रिस्टल विकास की योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

इस यौगिक के बारे में क्या खास है? जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ये इसके ऑप्टिकल गुण हैं। तथ्य यह है कि लिथियम निओबेट क्रिस्टल 0.4-5.0 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य रेंज में वैकल्पिक रूप से पारदर्शी हैं, और एक साधारण बीम का अपवर्तक सूचकांक 2.29 है, और एक असाधारण 2.20 है। इस तरह की विशेषताओं के कारण, इस रासायनिक यौगिक ने कई उपकरणों में अपना आवेदन पाया है, जिसमें मोबाइल फोन से लेकर ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर शामिल हैं।


लिथियम नीओबेट संरचना

सिलिकॉन से अंतर और इससे जुड़ी समस्याएं

जब हम इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में बात करते हैं, तो दिमाग में आने वाला पहला रासायनिक तत्व सिलिकॉन होता है। यह इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स भी शामिल है। लिथियम नीबोट से इसका मुख्य अंतर रासायनिक नक़्क़ाशी की आसानी है। इस प्रसंस्करण प्रक्रिया का उपयोग नैनोमीटर के आकार की संरचनाएं बनाने के लिए किया जाता है, जैसे कि वेवगाइड्स। लिथियम नाइओबेट, बदले में, इस तरह के प्रसंस्करण के लिए उत्तरदायी नहीं है।


एक रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रिया का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

आयन डिफ्यूज़न और प्रोटॉन एक्सचेंज का उपयोग करके लिथियम नीओबेट पर आधारित वेवगाइड बनाने का प्रयास किया गया है। हालांकि, परिणामस्वरूप, वेवगाइड और शरीर सामग्री के बीच ऑप्टिकल-इंडेक्स कंट्रास्ट बहुत कम था। और यह अलग होना चाहिए, क्योंकि यह सूचक जितना अधिक होगा, बेहतर प्रकाश लिथियम नीओबेट में etched waveguides के माध्यम से प्रचारित करेगा, जो सामग्री के ऑप्टिकल गुणों का पूर्ण उपयोग करेगा।

कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि इस समस्या को संकरण द्वारा हल किया जा सकता है। वेवीगाइड्स लिथियम नीबॉएट के माध्यम से एक सिलिकॉन सतह प्रत्यक्ष प्रकाश पर खोदते हैं, जहां यह सामग्री की पारदर्शिता और इसके गैर-ऑप्टिकल गुणों का शोषण करता है। यह विधि काफी कार्यात्मक है, लेकिन अक्षम है, क्योंकि सिलिकॉन वेवगाइड और लिथियम नीओबेट के माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश के बीच संबंध बहुत कमजोर हो गया है।

हार्वर्ड से सीधे नई विधि

लिथियम नाइओबेट जैसी सामग्रियों के साथ काम करने की जटिलता ने हार्वर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं को एक नई नक़्क़ाशी विधि की खोज के लिए प्रेरित किया। अर्थात्, प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी।

इस प्रक्रिया के दौरान, क्रिस्टल की सतह (इस मामले में, लिथियम नाइओबेट) आयनों द्वारा बमबारी की जाती है। इस मामले में, चिप की सतह पर परमाणुओं के साथ आयनों की बातचीत के दौरान फोटोमस्क द्वारा उजागर क्षेत्रों को हटा दिया जाता है।

मार्को लोन्चर, अनुसंधान के प्रमुख, बिना हास्य के बोलते हैं, लिथियम नीओबेट के बारे में इस तरह:

वर्षों से, हम कई सामग्रियों के साथ काम कर रहे हैं जिनमें अच्छे गुण हैं, लेकिन उनके साथ काम करना मुश्किल है। ऐसी ही एक सामग्री है हीरा। लिथियम नीबोट की तुलना में हीरे पर खोदना वास्तव में आसान है, लेकिन यह पतली फिल्मों (सामग्री की पतली परतों, नैनोमीटर के कई माइक्रोन से भिन्न) के रूप में मौजूद नहीं है।

शब्द शब्द हैं, लेकिन किसी भी शोध के लिए भौतिक साक्ष्य की आवश्यकता होती है। इन के रूप में, एक माइक्रोरिंग और कई बैंड बनाए गए थे, जिसकी चौड़ाई लगभग 1 माइक्रोन थी, और रिंग की त्रिज्या 80 माइक्रोन थी।

इस microtreatment बनाने की प्रक्रिया को 3 चरणों में वर्णित किया जा सकता है:

I चरण - वेवगाइड नमूने इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी का उपयोग करके फोटोरिस्टिस्ट परत पर खोदे गए थे;
II चरण - परिणामी टेम्पलेट को आगे की प्रक्रिया से आवश्यक क्षेत्रों की सुरक्षा के लिए लिथियम नाइओबेट की एक फिल्म पर लागू किया गया था;
III चरण - प्लाज्मा जेट आयन नक़्क़ाशी का उपयोग करते हुए, आर्गन आयनों की एक बीम को नमूने के लिए निर्देशित किया गया था। नतीजतन, फोटोमस्क द्वारा असुरक्षित क्षेत्रों को हटा दिया गया था, और आवश्यक तरंगों का गठन किया गया था।

शोधकर्ताओं के लिए इससे भी अधिक प्रसन्नता की बात यह है कि 1 मीटर की दूरी पर ऑप्टिकल पावर का नुकसान लगभग 50% था। पहले जबकि लिथियम नीबॉएट का उपयोग करते समय, यह सूचक 99% था। लोन्चर के अनुसार, यह ऑप्टिकल कारावास में वृद्धि के कारण संभव हो गया, जो वेवगाइड के किनारों के साथ प्रकाश के "रिसाव" को रोकता है।

पडुआ विश्वविद्यालय के एक भौतिक वैज्ञानिक मार्को बुज़ान ने कहा:

यदि शोध के परिणामों की पुष्टि की जाती है, तो यह पारंपरिक सिलिकॉन फोटोन उपकरणों को ध्यान में रखते हुए, लिथियम नीबोट के महत्व को बढ़ाएगा। लिथियम नाइओबेट के नॉनलाइनियर ऑप्टिकल गुणों के साथ संयुक्त इस तरह का अच्छा प्रदर्शन, इस काम को बहुत महत्व देता है, खासकर एकीकृत क्वांटम फोटोनिक्स के आगामी युग में।

यह सिलिकॉन फोटोनिक्स में लिथियम नाइओबेट का एकीकरण है जो लोन्चर के भविष्य के अनुसंधान दल की दृष्टि है। हालांकि, इस समय, इसके लिए उन्हें फिर से हाइब्रिड मॉडल पर लौटना होगा, इस तथ्य को देखते हुए कि लिथियम नीबॉएट पर आधारित उपकरणों का बस कोई उत्पादन नहीं है। इसलिए, लोन्चर के अनुसार, उन्हें लिथियम नीबॉएट और सिलिकॉन से अलग से चिप्स बनाना पड़ता है, और फिर उन्हें एक पूरे में मिलाते हैं।

लोचन अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से खुद को परिचित करने के लिए, आप लिंक पर क्लिक कर सकते हैं।

उपसंहार

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में लिथियम नाइओबेट के उपयोग में कई कठिनाइयां हैं, हालांकि, और कई फायदे जो प्रयास के लायक हैं। शायद समय आ जाएगा जब अच्छे पुराने सिलिकॉन पृष्ठभूमि में फीका हो जाएगा और अतीत का अवशेष बन जाएगा, लेकिन अभी तक ऐसा नहीं है। फिलहाल, काफी शोध चल रहा है, जिसका उद्देश्य हमारे जीवन के कुछ क्षेत्रों में उनका उपयोग करने के उद्देश्य से नए रासायनिक यौगिकों और सामग्रियों की खोज या मौजूदा लोगों का अधिक सावधानीपूर्वक अध्ययन है। पूर्णता की कोई सीमा नहीं है। यह सिद्धांत सबसे छोटा है, लेकिन कभी-कभी सबसे महत्वपूर्ण, किसी भी तकनीक का विवरण।

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