एनटीटी रिसर्च पीएचआई लैब के वैज्ञानिकों ने 2डी सेमीकंडक्टर्स में एक्सिटॉन का क्वांटम नियंत्रण हासिल किया - उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग समाचार विश्लेषण

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सनीवेल, कैलिफ़ोर्निया - 26 मार्च, 2024 - एनटीटी रिसर्च, इंक।एनटीटी (टीवाईओ:9432) के एक प्रभाग ने आज घोषणा की कि उसके वैज्ञानिक भौतिकी एवं सूचना विज्ञान (पीएचआई) लैब द्वि-आयामी (2डी) अर्धचालकों में एक्सिटॉन तरंग कार्यों का क्वांटम नियंत्रण हासिल कर लिया है। में प्रकाशित एक लेख में विज्ञान अग्रिमपीएचआई लैब रिसर्च साइंटिस्ट थिबॉल्ट चेरवी और ईटीएच ज्यूरिख के प्रोफेसर पुनीत मूर्ति की अगुवाई वाली टीम ने क्वांटम डॉट्स सहित विभिन्न ज्यामिति में एक्सिटॉन को फंसाने और स्केलेबल एरे पर स्वतंत्र ऊर्जा ट्यूनेबिलिटी प्राप्त करने के लिए उन्हें नियंत्रित करने में अपनी सफलता का दस्तावेजीकरण किया।

यह सफलता पीएचआई लैब में ईटीएच ज्यूरिख, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी और जापान में नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स साइंस के वैज्ञानिकों के सहयोग से हासिल की गई थी। एक्सिटॉन, जो तब बनते हैं जब कोई सामग्री फोटॉन को अवशोषित करती है, प्रकाश संचयन और पीढ़ी से लेकर क्वांटम सूचना प्रसंस्करण तक के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं। हालाँकि, मौजूदा निर्माण तकनीकों में सीमाओं के कारण उनकी क्वांटम यांत्रिक स्थिति पर अच्छा नियंत्रण प्राप्त करना स्केलेबिलिटी के मुद्दों से ग्रस्त है। विशेष रूप से, क्वांटम डॉट्स की स्थिति और ऊर्जा पर नियंत्रण क्वांटम अनुप्रयोगों की ओर बढ़ने में एक बड़ी बाधा रही है। यह नया कार्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और क्वांटम नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स के निहितार्थ के साथ, नैनोमीटर पैमाने पर इंजीनियरिंग एक्साइटन डायनेमिक्स और इंटरैक्शन की संभावनाओं को खोलता है।

क्वांटम डॉट्स, जिनकी खोज और संश्लेषण को मान्यता दी गई थी 2023 नोबेल पुरस्कार, अगली पीढ़ी के वीडियो डिस्प्ले, जैविक मार्कर, क्रिप्टोग्राफ़िक योजनाओं और अन्य जगहों पर पहले से ही तैनात किया जा चुका है। क्वांटम ऑप्टिकल कंप्यूटिंग के लिए उनका अनुप्रयोग, पीएचआई लैब के अनुसंधान एजेंडे का फोकस, हालांकि, अब तक बहुत छोटे पैमाने के सिस्टम तक ही सीमित है। आज के डिजिटल कंप्यूटरों के विपरीत, जो इलेक्ट्रॉनों को अवरुद्ध करने या उन्हें प्रवाहित करने की अनुमति देने के लिए कैपेसिटर का उपयोग करके बूलियन तर्क निष्पादित करते हैं, ऑप्टिकल कंप्यूटिंग को इस चुनौती का सामना करना पड़ता है: फोटॉन, स्वभाव से, एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं।

हालाँकि यह सुविधा ऑप्टिकल संचार के लिए उपयोगी है, लेकिन यह कम्प्यूटेशनल अनुप्रयोगों को गंभीर रूप से सीमित करती है। नॉनलाइनियर ऑप्टिकल सामग्री फोटोनिक टकराव को सक्षम करके एक दृष्टिकोण प्रदान करती है जिसे तर्क के लिए संसाधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। (पीएचआई लैब में एक अन्य समूह ऐसी ही एक सामग्री, पतली-फिल्म लिथियम नाइओबेट पर ध्यान केंद्रित कर रहा है।) चेरवी के नेतृत्व वाली टीम अधिक मौलिक स्तर पर काम कर रही है। उन्होंने कहा, "हम जिस सवाल का समाधान कर रहे हैं वह मूल रूप से यह है कि आप इसे कितनी दूर तक आगे बढ़ा सकते हैं।" "यदि आपके पास एक ऐसी प्रणाली होती जहां अंतःक्रियाएं या गैर-रैखिकता इतनी मजबूत होती कि सिस्टम में एक फोटॉन दूसरे फोटॉन के मार्ग को अवरुद्ध कर देता, तो यह एकल क्वांटम कणों के स्तर पर एक तर्क ऑपरेशन की तरह होता, जो आपको अंदर डालता है क्वांटम सूचना प्रसंस्करण का क्षेत्र। यही वह है जिसे हमने सीमित उत्तेजनात्मक अवस्थाओं के भीतर प्रकाश को फंसाकर हासिल करने की कोशिश की।

अल्पकालिक एक्सिटॉन में घटक विद्युत आवेश (एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन-छेद) होते हैं जो उन्हें फोटॉन के बीच बातचीत के अच्छे मध्यस्थ बनाते हैं। 2डी सेमीकंडक्टर फ्लेक (0.7 नैनोमीटर या तीन परमाणु मोटे), चेरवी, मूर्ति, एट अल की सुविधा वाले हेटरोस्ट्रक्चर उपकरणों पर एक्सिटॉन की गति को नियंत्रित करने के लिए विद्युत क्षेत्र लागू करना। रोकथाम की विभिन्न ज्यामिति प्रदर्शित करें, जैसे क्वांटम बिंदु और क्वांटम रिंग। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि ये नियंत्रण स्थल नियंत्रणीय स्थिति और ट्यून करने योग्य ऊर्जा पर बनते हैं। “इस पेपर की तकनीक से पता चलता है कि आप निर्णय ले सकते हैं जहां आप एक्साइटन को फँसाएँगे, लेकिन यह भी किस ऊर्जा पर यह फंस जाएगा,'' चेरवी ने कहा।

स्केलेबिलिटी एक और सफलता है। चेरवी ने कहा, "आप एक ऐसा आर्किटेक्चर चाहते हैं जो सैकड़ों साइटों तक पहुंच सके।" “यही कारण है कि यह तथ्य कि यह विद्युत रूप से नियंत्रित है, बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि हम जानते हैं कि बड़े पैमाने पर वोल्टेज को कैसे नियंत्रित किया जाए। उदाहरण के लिए, CMOS प्रौद्योगिकियाँ अरबों ट्रांजिस्टर पर गेट वोल्टेज को नियंत्रित करने में बहुत अच्छी हैं। और हमारी वास्तुकला प्रकृति में ट्रांजिस्टर से अलग नहीं है - हम बस एक छोटे से जंक्शन पर एक अच्छी तरह से परिभाषित वोल्टेज क्षमता रख रहे हैं।

शोधकर्ताओं का मानना है कि उनका काम न केवल भविष्य के तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए बल्कि मौलिक भौतिकी के लिए भी कई नई दिशाएँ खोलता है। प्राथमिक सह-लेखक और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी पीएच.डी. जेनी हू ने कहा, "हमने क्वांटम डॉट्स और रिंग्स को विद्युत रूप से परिभाषित करने में अपनी तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा दिखाई है।" छात्र (में प्रोफेसर टोनी हेंज का अनुसंधान समूह). “यह हमें नैनोस्केल पर अर्धचालक के गुणों पर अभूतपूर्व स्तर का नियंत्रण प्रदान करता है। अगला कदम इन संरचनाओं से उत्सर्जित प्रकाश की प्रकृति की गहराई से जांच करना और ऐसी संरचनाओं को अत्याधुनिक फोटोनिक्स आर्किटेक्चर में एकीकृत करने के तरीके ढूंढना होगा।

अर्ध-कणों और गैर-रैखिक सामग्रियों पर अनुसंधान करने के अलावा, पीएचआई लैब वैज्ञानिक सुसंगत आइसिंग मशीन (सीआईएम) के आसपास काम में लगे हुए हैं, जो कि आइसिंग मॉडल में मैप की गई समस्याओं को हल करने के लिए प्रोग्राम किए गए ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर्स का एक नेटवर्क है। पीएचआई लैब के वैज्ञानिक नए कम्प्यूटेशनल ढांचे के लिए इसकी प्रासंगिकता के लिए तंत्रिका विज्ञान की भी खोज कर रहे हैं। इस महत्वाकांक्षी एजेंडे की खोज में, पीएचआई लैब ने कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैलटेक), कॉर्नेल यूनिवर्सिटी, हार्वर्ड यूनिवर्सिटी, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी), नोट्रे डेम यूनिवर्सिटी, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी, स्विनबर्न यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के साथ संयुक्त अनुसंधान समझौता किया है। , टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और मिशिगन विश्वविद्यालय। पीएचआई लैब ने सिलिकॉन वैली में नासा एम्स रिसर्च सेंटर के साथ एक संयुक्त अनुसंधान समझौता भी किया है।