सेमीकंडक्टर फाइबर फ्रैक्चर मुक्त और कांच से ढके होते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

सेमीकंडक्टर फाइबर फ्रैक्चर मुक्त और कांच से ढके होते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

समय टिकट: 6 फरवरी, 2024 11:37 पूर्वाह्न

अर्धचालक फाइबर
आख़िरकार: एक बोबिन जिसमें निर्माण प्रक्रिया के बाद कुछ प्रीफ़ॉर्म के साथ सैकड़ों मीटर सेमीकंडक्टर फ़ाइबर होता है। (सौजन्य: झिक्सुन वांग)

सिंगापुर और चीन के शोधकर्ताओं द्वारा ग्लास क्लैडिंग के अंदर अल्ट्रालॉन्ग, फ्रैक्चर-मुक्त सेमीकंडक्टर फाइबर का उत्पादन किया गया है। कांच को खोदकर और उसे धातु के तारों से जड़े लचीले पॉलिमर म्यान से बदलकर, शोधकर्ता सूक्ष्म फाइबर का उत्पादन करने में सक्षम थे जिन्हें वस्त्रों में बुना जा सकता था। यह कार्य, जो फाइबर-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स का उत्पादन करने के लिए लंबे समय से चली आ रही खोज पर आधारित है, स्मार्ट कपड़ों, चिकित्सा उपकरणों और संभावित रूप से फोटोनिक्स में अनुप्रयोग हो सकता है।

ऑप्टिकल ग्लास के अंदर सेमीकंडक्टर वाले पहले फाइबर को यूके में साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय में विश्राम के बाद अमेरिका में पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायनज्ञ जॉन बैडिंग द्वारा विकसित किया गया था। उन्होंने खोखले-कोर ऑप्टिकल फाइबर के अंदर विभिन्न सामग्रियों को रखने के लिए उच्च दबाव वाले रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग किया। "[बैडिंग] मेरे पास आया और बोला, 'क्या यह अच्छा है?' और मैंने कहा, 'आप मुझसे मजाक कर रहे हैं, यह अद्भुत है!' और हमने सहयोग करना शुरू कर दिया,'' सामग्री वैज्ञानिक और इंजीनियर कहते हैं वेंकटरमन गोपालन, पेन स्टेट का भी। हालाँकि, फाइबर की धीमी उत्पादन दर के कारण तकनीक में बाधा उत्पन्न हुई और 57 में 2019 वर्ष की आयु में बैडिंग की अचानक मृत्यु के बाद सहयोग प्रभावी रूप से समाप्त हो गया।

2008 में जॉन बैलाटो दक्षिण कैरोलिना में क्लेम्सन विश्वविद्यालय ने सिलिकॉन और जर्मेनियम के ऑप्टिकल फाइबर के उत्पादन के लिए पिघला हुआ कोर विधि विकसित की। दोनों सामग्रियों को उनके गलनांक 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म किया जाता है। पिघले हुए सिलिकॉन को फिर ग्लास में इंजेक्ट किया जाता है क्योंकि इसे फाइबर में खींचा जाता है और, जैसे ही दोनों ठंडे होते हैं, एक ठोस दूसरे को घेर लेता है। यह विधि हर मिनट दसियों मीटर का उत्पादन करने की अनुमति देती है, और फाइबर ने मेडिकल लेजर, नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स और विभिन्न अन्य अनुप्रयोगों के लिए रुचि आकर्षित की है। एक समस्या यह है कि अर्धचालक और कांच के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर के कारण ठंडा होने पर अर्धचालक टूट जाता है। इससे ऑप्टिकल नुकसान होता है और फाइबर को टूटे बिना ग्लास को हटाना असंभव हो जाता है।

नए अध्ययन को क्रैक करना

नए काम में, सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी, चीन में जिलिन यूनिवर्सिटी और अन्य जगहों के शोधकर्ताओं ने इस क्रैकिंग का गहन अध्ययन किया। "हमने यांत्रिक विशेषज्ञों के साथ काम किया जिन्होंने हमें यह समझाने में मदद की कि प्रमुख कारक क्या हैं," कहते हैं लेई वी नानयांग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के. उदाहरण के लिए, इस बेहतर सैद्धांतिक समझ ने शोधकर्ताओं को जर्मेनियम पहनने के लिए एलुमिनोसिलिकेट ग्लास चुनने की अनुमति दी। नतीजा यह हुआ कि लंबे अर्धचालक तार बिना किसी दरार के कांच में बंद हो गए।

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि भविष्य में ये ग्लास-क्लैड फाइबर फोटोनिक्स में उपयोगी हो सकते हैं। हालाँकि, वर्तमान पेपर में, उन्होंने 100 माइक्रोन से कम मोटाई वाले सिलिकॉन तारों को छोड़ने के लिए कांच को उकेरा। "इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, एक अर्धचालक अकेले काम नहीं करेगा, हमें अर्धचालक से बात करने के लिए धातु संपर्कों की आवश्यकता है," वेई कहते हैं। इसलिए उन्होंने एक प्रवाहकीय पॉलिमर में एम्बेडेड दो धातु तारों को अर्धचालक में जोड़ने के लिए एक कम तापमान वाली प्रक्रिया का उपयोग किया और तीन लीडों को एक इन्सुलेट पॉलिमर में एक साथ एम्बेड किया। परिणाम एक लचीला ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर था जिसे सूत में पिरोया जा सकता था।

टीम ने कई उपकरणों का उत्पादन किया जिसमें उनके धागे को अन्य वस्त्रों में बुना गया। एक उदाहरण एक बीनी टोपी थी जो ट्रैफिक सिग्नल से प्रकाश का पता लगा सकती थी और मोबाइल फोन पर एक कंपन संकेत उत्पन्न कर सकती थी जो यह बताती थी कि सिग्नल लाल या हरा था। उनका मानना ​​है कि इससे दृष्टिबाधित व्यक्ति को मदद मिल सकती है। दूसरा एक स्मार्टवॉच का पट्टा था जो किसी व्यक्ति की हृदय गति को माप सकता था।

धोने योग्य ट्रांजिस्टर अगला हो सकता है

उन्होंने यह भी दिखाया कि प्रौद्योगिकी में व्यावहारिक लचीलापन है। लेई वेई कहते हैं, "हम अपना उपकरण वॉशिंग मशीन में डालते हैं... हम इसे कई बार धो सकते हैं और यह अभी भी अपना मूल प्रदर्शन बरकरार रखता है।" शोधकर्ता अब इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी के अधिक प्रत्यक्ष समावेश की अनुमति देने के लिए फाइबर के अंदर एक ट्रांजिस्टर बनाने का प्रयास कर रहे हैं।

बल्लाटो शोध को लेकर उत्साहित हैं। वे कहते हैं, ''मैं इस समूह को 15 वर्षों से जानता हूं, इसलिए मैं काम की उत्कृष्टता से आश्चर्यचकित नहीं हूं;'' "वे इन महत्वपूर्ण लेकिन कुछ हद तक अकादमिक अवधारणाओं को लेने और उन्हें बहुत उपयोगी और महत्वपूर्ण तरीके से अभ्यास में लाने में सक्षम हैं जो स्वयं फाइबर की स्केलेबिलिटी को मान्य करता है।"

वह विभिन्न प्रसंस्करण स्थितियों की आवश्यकता वाली सामग्रियों को एक ही संरचना में संयोजित करने की टीम की क्षमता से सबसे अधिक प्रभावित हैं। "इस नए टूलकिट के साथ, वे व्यावहारिक, कार्यात्मक उपकरणों को विकसित करने के लिए उपयोग करने की क्षमता में बाकी सभी से आगे हैं," वे कहते हैं।

"यह बहुत रोमांचक है - जॉन [बैडिंग] इसे देखकर रोमांचित हो गया होगा!" गोपालन कहते हैं. उनका मानना ​​है कि सेंसिंग और इमेजिंग के लिए, तकनीक वास्तविक वादा दिखाती है, हालांकि उनका कहना है कि सिग्नल ट्रांसमिशन में व्यावहारिक उपयोग के लिए वर्तमान फाइबर बहुत मोटे होंगे, और उन्हें संदेह है कि पिघला हुआ कोर प्रक्रिया पर्याप्त रूप से शुद्ध, पतले फाइबर का उत्पादन करने में सक्षम नहीं हो सकती है। सिग्नल ट्रांसमिशन बिल्कुल। अगला कदम "इन फाइबर के बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल गुणों को पूरी तरह से चित्रित करना है," वह कहते हैं: "यह निर्धारित करेगा कि अनुप्रयोग कहाँ हो सकते हैं।"

निर्माण प्रक्रिया का वर्णन किया गया है प्रकृति.

समय टिकट:

से अधिक भौतिकी की दुनिया