কেন মিড-ইনফ্রারেড আলো নিয়ন্ত্রণ করা মূল্যবান
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক স্পেকট্রামের মিড-ইনফ্রারেড ব্যান্ড আধুনিক সেন্সিংয়ে একটি বিশেষ স্থান দখল করে আছে। অণুগুলি এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে অত্যন্ত নির্দিষ্ট উপায়ে আলো শোষণ করে এবং এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, যা বর্ণালী ফিঙ্গারপ্রিন্ট তৈরি করে যা প্রকাশ করে একটি পদার্থ আসলে কী। এই বৈশিষ্ট্যটি মিড-ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপির ভিত্তি, একটি কৌশল যা গবেষকরা জৈবিক উপাদান সনাক্ত করতে, মাদক শনাক্ত করতে এবং পরিবেশে দূষণকারী চিহ্নিত করতে ব্যবহার করেন।
সেন্সিংই একমাত্র ব্যবহার নয়। মিড-আইআর আলো ফ্রি স্পেসের মাধ্যমে তথ্য বহন করতে পারে, যা কেবল বা অপটিক্যাল ফাইবার ছাড়াই বাতাসের মাধ্যমে ডেটা ভ্রমণের অনুমতি দেয়। উভয় ভূমিকাতেই ব্যবহারিক লাভ একই: গবেষকদের মিড-আইআর আলোর উপর যত বেশি নিয়ন্ত্রণ থাকে, তাদের ডিটেক্টর তত বেশি সংবেদনশীল হয় এবং তাদের যোগাযোগ লিঙ্ক তত দ্রুত চলতে পারে। তাই সেই নিয়ন্ত্রণ উন্নত করা একটি কেন্দ্রীয় প্রকৌশল লক্ষ্য হয়ে উঠেছে।
বেশিরভাগ মেটাসারফেসের সমস্যা: তারা ফ্যাব্রিকেশনে স্থির হয়ে যায়
মেটাসারফেস সেই নিয়ন্ত্রণ সমস্যার সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল উত্তরগুলির মধ্যে একটি হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। এগুলি ন্যানোস্কেলে প্যাটার্নযুক্ত আল্ট্রাথিন কাঠামো, যা এমনভাবে প্রকৌশলী করা হয় যাতে তাদের জ্যামিতি আলোক তরঙ্গকে আকার দেয় এবং পরিচালনা করে, ভারী প্রচলিত অপটিক্সের উপর নির্ভর না করে।
কিন্তু একটি সমস্যা রয়েছে যা অনেকগুলিকে বাস্তব-বিশ্বের ফোটোনিক সিস্টেম থেকে দূরে রেখেছে। এখন পর্যন্ত প্রদর্শিত বেশিরভাগ মেটাসারফেস স্থির: একবার ন্যানোস্ট্রাকচার ফ্যাব্রিকেট হয়ে গেলে, এর অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি জায়গায় লক হয়ে যায়। ডিভাইসটি যা তৈরি করা হয়েছিল তা করে এবং অন্য কিছু নয়। একটি টিউনেবল অপটিক্যাল উপাদান, যার প্রতিক্রিয়া চিপ পুনর্নির্মাণ ছাড়াই চাহিদা অনুযায়ী পরিবর্তন করা যায়, সেটিই অনুপস্থিত অংশ ছিল।
সাসপেন্ডেড ক্রিস্টালাইন সিলিকন সমীকরণ পরিবর্তন করে
ইপিএফএলের স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের বায়োনানোফোটোনিক সিস্টেমস ল্যাবরেটরি (বিআইওএস)-এ হাতিজে আলতুগের নেতৃত্বে একটি গবেষণা দল এখন সেই বাধা সমাধান করেছে। দলটি ক্রিস্টালাইন সিলিকনের সাসপেন্ডেড মেমব্রেনের উপর মেটাসারফেস তৈরি করেছে এবং সিলিকনের ভিতরে মোবাইল বৈদ্যুতিক চার্জ প্রবর্তন করে সেগুলি টিউন করে। ফলাফল হল এমন একটি ডিভাইস যার আলোর প্রতি প্রতিক্রিয়া তার ভৌত কাঠামোর কোনো পরিবর্তন ছাড়াই রিয়েল টাইমে পরিবর্তন করা যায়।
উপাদান এবং স্থাপত্যের পছন্দ এই অগ্রগতির কেন্দ্রে রয়েছে। "বাতাসে সাসপেন্ডেড ন্যানোস্ট্রাকচার্ড স্তর সহ ক্রিস্টালাইন সিলিকন ব্যবহার করে, আমরা সেই অপটিক্যাল লসগুলি ব্যাপকভাবে হ্রাস করতে সক্ষম হয়েছি যা সাধারণত প্রচলিত মিড-ইনফ্রারেড প্ল্যাটফর্মগুলিকে সীমাবদ্ধ করে," আলতুগ বলেন।
ন্যানোস্ট্রাকচার্ড স্তরটিকে একটি কঠিন সাবস্ট্রেটের উপর রেখে দেওয়ার পরিবর্তে সাসপেন্ড করা শোষণ এবং লিকেজ পথগুলি এড়ায় যা তুলনীয় মিড-আইআর ডিজাইনে কর্মক্ষমতা নষ্ট করে। কাজটি নেচার কমিউনিকেশনস-এ প্রকাশিত হয়েছে।
ন্যানোস্ট্রাকচার স্পর্শ না করে টিউনিংয়ের দুটি পথ
বিআইওএস-এর সিনিয়র বিজ্ঞানী ইভান সিনেভ ব্যাখ্যা করেছেন, দলটি মেটাসারফেসগুলির ন্যানোস্ট্রাকচার অক্ষত রেখে সেগুলি টিউন করার দুটি স্বতন্ত্র উপায় প্রদর্শন করেছে। একটি পদ্ধতি মাইক্রোহিটার হিসাবে সমন্বিত ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে, স্থানীয় তাপ শক্তি প্রয়োগ করে কাঠামোটি অপটিক্যালভাবে কীভাবে আচরণ করে তা পরিবর্তন করে। অন্যটি দলটি কাজটি বর্ণনা করার সময় যে চার্জ-ভিত্তিক নীতির উপর জোর দেয় তার উপর নির্ভর করে: সিলিকনের মধ্যে বৈদ্যুতিক ক্যারিয়ার সরিয়ে উপাদানটির অপটিক্যাল প্রতিক্রিয়া পরিবর্তন করা।
এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি তাপ এবং চার্জকে ডিভাইসের জ্যামিতি থেকে স্বাধীন লিভার হিসাবে আলাদা করে। যেহেতু ন্যানোস্কেল প্যাটার্নটি যেভাবেই হোক তার কাজ করতে থাকে, গবেষকদের প্রতিবার ভিন্ন অপটিক্যাল আচরণের প্রয়োজন হলে একটি নতুন কাঠামো পুনরায় ডিজাইন এবং পুনরায় ফ্যাব্রিকেট করতে বাধ্য হতে হয় না।
মিলিসেকেন্ড থেকে এক বিলিয়ন ভাগের এক সেকেন্ডে
গতির লাভ প্রধান ফলাফলগুলির মধ্যে একটি। ইপিএফএল ডিভাইসগুলি এক বিলিয়ন ভাগের এক সেকেন্ডে পরিমাপ করা সময়সীমায় মিড-আইআর আলো টিউন করে, যা আগের টিউনেবল পদ্ধতিগুলির সাধারণ মিলিসেকেন্ড-স্কেল সুইচিং থেকে একটি নাটকীয় পরিবর্তন।
একটি ফোটোনিক সিস্টেমের জন্য, সেই পার্থক্যটি একটি প্রান্তিক পরিমার্জন নয়। মিলিসেকেন্ডে একটি অপটিক্যাল উপাদান পুনঃকনফিগার করা কার্যকরভাবে এটিকে দ্রুত মডুলেশন দাবি করে এমন কোনো অ্যাপ্লিকেশন থেকে বাদ দেয়, যেমন উচ্চ-গতির ডেটা এনকোডিং বা দ্রুতগতির এবং ক্ষণস্থায়ী নমুনার পরিমাপ।
এক বিলিয়ন ভাগের এক সেকেন্ডে সুইচিং উভয় দরজা খুলে দেয়। একটি ডিটেক্টর ফ্রন্ট-এন্ড পরিমাপের মধ্যে এমন গতিতে পুনঃকনফিগার করা যেতে পারে যা এটি বিশ্লেষণ করছে সেই সংকেতের সাথে তাল মিলিয়ে চলে। একটি ফ্রি-স্পেস অপটিক্যাল লিঙ্ক মিড-আইআর আলো যথেষ্ট দ্রুত মডুলেট করে তথ্য ছাপাতে পারে যাতে অনেক উচ্চতর ডেটা রেট সমর্থন করে।
রেকর্ড অপটিক্যাল কর্মক্ষমতা এবং ওয়েফার-স্কেল ফ্যাব্রিকেশন
ডিভাইসগুলি গবেষকরা যা বর্ণনা করেন তা রেকর্ড অপটিক্যাল কর্মক্ষমতাও অর্জন করে, অনুরূপ উপাদান থেকে নির্মিত আগের মিড-আইআর প্ল্যাটফর্মের তুলনায় মূল মেট্রিক্সে এক ক্রমের বেশি উন্নতি অর্জন করে। টিউনেবিলিটি এবং তীব্রভাবে হ্রাসপ্রাপ্ত লসের এই সমন্বয়ই প্ল্যাটফর্মটিকে কেবল আকর্ষণীয় নয় বরং প্রতিযোগিতামূলক করে তোলে।
ফ্যাব্রিকেশনও স্কেল করে বলে মনে হয়। দলটি 1 সেমি² চিপ সমন্বিত ওয়েফার-স্কেল মেমব্রেন তৈরি করেছে, প্রতিটিতে 7×7 মেটাসারফেসের একটি অ্যারে রয়েছে। একটি একক চিপে অনেক কাঠামো প্যাকিং এমন সিস্টেমের দিকে ইঙ্গিত করে যেখানে একটি ডিভাইসের বিভিন্ন অঞ্চল বিভিন্ন অপটিক্যাল কাজ পরিচালনা করে, বা যেখানে অ্যারে সমান্তরালে টিউন করা হয়।
পরবর্তী কী আসছে
গবেষকরা যে নিকট-মেয়াদী অ্যাপ্লিকেশনগুলির দিকে ইঙ্গিত করেন তা দুটি ট্র্যাকে চলে। সেন্সিংয়ের দিকে, আরও ভাল মিড-আইআর নিয়ন্ত্রণ আরও সংবেদনশীল ডিটেক্টর এবং আরও সক্ষম স্পেকট্রোস্কোপিতে অনুবাদ করে, যা জৈবিক নমুনা সনাক্তকরণ, মাদক স্ক্রিনিং এবং দূষণকারী পর্যবেক্ষণের জন্য উপযোগী। যোগাযোগের দিকে, এটি বাতাসের মাধ্যমে ডেটা প্রেরণ করে দ্রুততর ফ্রি-স্পেস অপটিক্যাল লিঙ্ক সমর্থন করে। উভয়ই একটি উপাদান থেকে উপকৃত হবে যা আল্ট্রাথিন, কম-লস এবং কমান্ডে পুনঃকনফিগারযোগ্য।
বৃহত্তর তাৎপর্য স্থাপত্যিক হতে পারে। বছরের পর বছর ধরে মেটাসারফেসগুলির স্থির প্রকৃতি তাদের মূলত স্থির অপটিক্যাল ফাংশনে সীমাবদ্ধ রেখেছে, যখন টিউনেবল বিকল্পগুলি এমন উপাদান এবং প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করত যা কর্মক্ষমতা বিসর্জন দিত। সাসপেন্ডেড ক্রিস্টালাইন সিলিকনকে চার্জ-ভিত্তিক টিউনিংয়ের সাথে জোড়া দিয়ে, ইপিএফএল গ্রুপ দেখিয়েছে যে পুনঃকনফিগারেবিলিটিকে অপটিক্যাল গুণমানের ব্যয়ে আসতে হবে না। যদি পদ্ধতিটি ওয়েফার-স্তরের প্রদর্শন যেমন ইঙ্গিত করে তেমন স্কেল করে, টিউনেবল মিড-আইআর মেটাসারফেসগুলি পরীক্ষাগারের কৌতূহল থেকে সেন্সিং এবং যোগাযোগ উভয়ের জন্য ডিজাইন করা ফোটোনিক সিস্টেমে একটি মানক বিল্ডিং ব্লকে পরিণত হতে পারে।
এই নিবন্ধটি Phys.org-এর রিপোর্টিংয়ের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।
Originally published on phys.org