नई दिशा में कदम: हीरे के ‘रंग केंद्रों’ को नियंत्रित करके डेटा संग्रहण को कैसे बदल सकते हैं?

हीरे में रंग केंद्र वे तत्व हैं जिनमें शोधकर्ता और वैज्ञानिक समुदाय ने हाल के वर्षों में बहुत रुचि दिखाई है। यह समझने से पहले कि वे हमारी बढ़ती संग्रहण आवश्यकताओं को कैसे पूरा कर सकते हैं, आइए इन हीरे के रंग केंद्रों के बारे में संक्षिप्त समझ प्राप्त करें। 

रंग केंद्र क्या हैं?

रंग केंद्र किसी पदार्थ की बंध संरचना में दोष होते हैं। इस संदर्भ में बंधों का अर्थ अणुओं या आयनों के बीच दीर्घकालिक आकर्षण से है। अणुओं या आयनों को बांधने वाली शक्ति विपरीत आवेशित आयनों के बीच विद्युतस्थैतिक बल हो सकती है। यह इलेक्ट्रॉनों के साझाकरण से भी उत्पन्न हो सकती है।

बन्ध संरचना में दोष विभिन्न रूपों में प्रकट हो सकते हैं, जैसे छिद्र, एक्साइटॉन, रिक्तता या अशुद्धियाँ। एक्साइटॉन केवल उत्तेजित अवस्थाओं में फंसे हुए इलेक्ट्रॉन होते हैं। 

रंग केंद्र पदार्थ में स्थानीय बिंदुओं के रूप में मौजूद होते हैं जहाँ बंध संरचनाएँ बदल गई हैं। रंग केंद्रों का निर्माण पदार्थ की मोलेर अपवर्तनशीलता में परिवर्तन लाता है। हालांकि, हीरे के मामले में, रंग केंद्र क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी साबित होते हैं। 

और भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वैज्ञानिक समुदाय ने पिछले कुछ वर्षों से रंग केंद्रों की बेहतर प्रकाशीय गुणों के लिए जांच कर रहे हैं। उन्होंने पाया कि नाइट्रोजन-वैकेंसी केंद्र अपने उच्च स्पिन ग्राउंड स्टेट और क्रायोजेनिक से कमरे के तापमान तक अनुकूल स्पिन कोहेरेंस समय के कारण विशेष रूप से उपयोगी है। 

हाल ही में, न्यूयॉर्क सिटी कॉलेज (CCNY) के भौतिकविदों ने एक ऐसी तकनीक विकसित की है जो हीरे में डेटा संग्रहण क्षमता को संभावित रूप से मजबूत और विस्तारित कर सकती है। 

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ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज में क्रांतिकारी प्रगति: हीरे में रंग केंद्र और एक वैज्ञानिक सफलता

“Reversible Optical Data Storage (DTST ) below the Diffraction Limit” शीर्षक वाला यह शोध स्पेक्ट्रल डोमेन में संग्रहण को मल्टीप्लेक्स करने की तकनीक पर केंद्रित है। इसका अर्थ है कि हीरे में एक ही स्थान पर कई विभिन्न छवियों को संग्रहीत किया जा सकता है। इसके लिए केवल थोड़ा अलग रंग के लेज़र का उपयोग आवश्यक है। परिणामस्वरूप, समान माइक्रोस्कोपिक बिंदु को साझा करने वाले विभिन्न परमाणुओं में विविध जानकारी संग्रहीत होगी। 

CCNY के पोस्टडॉक्टोरल रिसर्च एसोसिएट टॉम डेलॉर्ड के अनुसार, यह विधि “उच्च-क्षमता वाले संग्रहण” की आवश्यकता वाले “कम्प्यूटिंग अनुप्रयोगों” तक पहुँच सकती है।

अब तक की उपलब्धियों को हासिल करने के लिए, CCNY के वैज्ञानिकों को रंग केंद्रों के विद्युत आवेश को नियंत्रित करना पड़ा। उन्होंने इसे संकीर्ण बैंड लेज़र और अत्यंत सटीक क्रायोजेनिक स्थितियों का उपयोग करके पूरा किया। यहाँ यह उल्लेख करना उचित होगा कि क्रायोजेनिक्स अत्यंत निम्न तापमान पर पदार्थों और उनके व्यवहार का वैज्ञानिक अध्ययन है। 

शोधकर्ताओं के अनुसार, इस विधि ने उन्हें मदद की:

पहले से संभव स्तर से कहीं अधिक सूक्ष्म स्तर पर, एकल परमाणु तक, डेटा के छोटे बिट्स को लिखना और पढ़ना। 

यह प्रगति क्यों महत्वपूर्ण है?

मूल रूप से, यह शोध हमें सीमित स्थान में अधिक डेटा संग्रहीत करने का तरीका दिखाता है। यह बढ़ती हुई महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह शोध और संबंधित विकास हमारे वर्तमान युग में अत्यंत आवश्यक हैं। इन विकासों की तात्कालिकता इस तथ्य से स्पष्ट होती है कि हमें संग्रहीत करने वाले डेटा की मात्रा प्रत्येक दिन घातीय रूप से बढ़ रही है।

संदर्भ में, नवीनतम शोध के अनुसार, दुनिया में केवल डिजिटल रूप में 64 ज़ेटाबाइट डेटा मौजूद है, जहाँ एक ज़ेटाबाइट एक ट्रिलियन गीगाबाइट के बराबर है। उल्लेखनीय रूप से, दुनिया के डेटा का 90% पिछले दो वर्षों में बनाया गया है। अनुमान है कि 2025 तक वैश्विक डेटा मात्रा 150-175 ज़ेटाबाइट के बीच बढ़ जाएगी, जिसमें केवल IoT उपकरण 90 ज़ेटाबाइट डेटा के लिए जिम्मेदार हैं।

डेटा निर्माण में इस आश्चर्यजनक वृद्धि को देखते हुए, हीरे के रंग केंद्रों को नियंत्रित करके विकसित समाधान अधिक डेटा को बिना अतिरिक्त प्रयास के संग्रहीत करने में मदद कर सकता है, जिससे भौतिक संग्रहण स्थान का उल्लेखनीय विस्तार होगा। विभिन्न क्षेत्रों में बड़े भौतिक संग्रहण स्थान की बढ़ती आवश्यकता को देखते हुए यह प्रगति समय पर है।

उदाहरण के लिए, फेसबुक प्रतिदिन 4 पेटाबाइट डेटा उत्पन्न करता है, जहाँ 1 पेटाबाइट 1 मिलियन गीगाबाइट डेटा के बराबर है। इसे समर्थन देने के लिए, फेसबुक के पास विश्वभर में 18 डेटा सेंटर हैं, जो कुल 40 मिलियन वर्ग फुट स्थान को कवर करते हैं। फिर भी, फेसबुक उन तकनीकी दिग्गजों में से एक है जो विशाल डेटा मात्रा से जूझ रहे हैं। गूगल सर्च इंजन प्रतिदिन 3.5 बिलियन क्वेरी प्रोसेस करता है, व्हाट्सएप उपयोगकर्ता प्रतिदिन 65 बिलियन संदेशों का आदान-प्रदान करते हैं, और विश्वभर के इंटरनेट उपयोगकर्ता प्रतिदिन लगभग 2.5 क्विंटिलियन बाइट डेटा उत्पन्न करते हैं। यह निरंतर संग्रहण, संग्रहण और अधिक संग्रहण की मांग को उजागर करता है।

निस्संदेह, यदि स्केल पर लागू किया जाए तो CCNY की हीरे के रंग केंद्रों वाली जानकारी खेल बदलने वाली होगी। 

हीरे में जर्मेनियम-वैकेंसी एकल रंग केंद्रों पर पिछले शोध

हीरे के रंग केंद्रों पर समान शोध पहले भी किया गया था। उदाहरण के लिए, 2015 में प्रकाशित शोध ने हीरे में परमाणु-आकार के फ्लोरेसेंट दोषों को क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए एक आशाजनक ठोस-स्थिति प्लेटफ़ॉर्म के रूप में समझने में मदद की, जो इस क्षेत्र में आगे के अध्ययनों के लिए एक बुनियादी कदम था।

इस उद्देश्य के लिए उच्च-तीव्रता और पुनरुत्पादनीय निर्माण विधियों के साथ एकल फोटॉन स्रोतों के उपयोग की व्यवहार्यता का परीक्षण किया गया। शोध ने हीरे में एक नया रंग केंद्र नोट किया, जो जर्मेनियम और एक वैकेंसी से बना था, जिसे शोधकर्ताओं ने GeV केंद्र कहा।

एक अन्य शोध, 2022 में प्रकाशित, सागा विश्वविद्यालय और एडमैन्ट नामिकी प्रिसिजन ज्वैलरी के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया, अल्ट्रा-हाई प्यूरीटी डायमंड वेफ़र बनाने की नई विधि के विकास की ओर ले गया। ये डायमंड वेफ़र 5 सेंटीमीटर व्यास के हैं।

इनकी डेटा घनत्व के साथ, ये वेफ़र एक बिलियन ब्लू-रे डिस्क के बराबर डेटा संग्रहीत कर सकते हैं। इसे समझाने के लिए, एक सामान्य ब्लू-रे डिस्क अधिकतम 25 GB डेटा संग्रहीत कर सकती है। इसलिए, एक बिलियन ब्लू-रे डिस्क लगभग 25 एक्साबाइट डेटा के बराबर होगी। इस उपलब्धि को हासिल करने में, शोध ने डेटा को नाइट्रोजन-वैकेंसी केंद्र के माध्यम से सुपरकंडक्टिंग क्वांटम बिट्स (क्यूबिट) के रूप में संग्रहीत किया।

एडमैन्ट नामिकी प्रिसिजन ज्वैलरी या ऑरब्रै के बारे में अधिक

एडमैन्ट नामिकी प्रिसिजन ज्वैलरी ने अपना नाम बदलकर Orbray Co., Ltd. कर दिया, प्रभावी 1 जनवरी 2023 से। कंपनी के पास उत्पादों की विस्तृत श्रृंखला है, जिसमें प्रिसिजन ज्वैलरी, फाइबर ऑप्टिकल घटक, और छोटे मोटर शामिल हैं। अनुप्रयोग के अनुसार, कंपनी सूचना संचार, अर्धचालक, औद्योगिक मशीन, रोबोट, ऑटोमोबाइल, ऑप्टिकल ड्राइविंग डिवाइस, ऑडियो निर्माण और कई अन्य क्षेत्रों को सेवा प्रदान करती है।

1939 में स्थापित और टोक्यो, जापान में मुख्यालय स्थित, ऑरब्रै एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है।

डायमंड वेफ़र तकनीक पर काम करने वाली कंपनियां

जबकि ऑरब्रै को विशेष रूप से संग्रहण के लिए डायमंड वेफ़र बनाने के लिए जाना जाता है, उद्योग में कुछ अन्य कंपनियों ने तुलनीय संग्रहण समाधान विकसित किए हैं। फिर भी, यह उल्लेखनीय है कि कई अन्य कंपनियां विभिन्न उद्देश्यों के लिए डायमंड वेफ़र का उत्पादन कर रही हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि ये कंपनियां अपने मौलिक तकनीक के ज्ञान को देखते हुए निकट भविष्य में संग्रहण समाधान की ओर भी बढ़ सकती हैं।

#1. Stanford Advanced Materials

डायमंड वेफ़र बनाने के लिए प्रसिद्ध एक और कंपनी Stanford Advanced Materials है। वे CVD डायमंड वेफ़र नामक उत्पाद प्रदान करते हैं, जो अपनी उच्च-स्तरीय प्रकाशीय और थर्मल गुणों के लिए जाना जाता है। इसके अलावा, वे दावा करते हैं कि ये डायमंड वेफ़र उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों का दावा करते हैं। विशेष रूप से, इनमें अल्ट्रावायलेट से थज़ तक लगभग निरंतर प्रकाशीय पारदर्शिता बैंड है, जिससे वे X-रे, अल्ट्रावायलेट, इन्फ्रारेड, माइक्रोवेव और अन्य कई बैंड रेंज के साथ संगत होते हैं।

CVD डायमंड वेफ़र में कई ऐसे गुण हैं जो सामान्य प्रकाशीय पदार्थों के लिए लगभग असंभव हैं। उदाहरण के लिए, यह उच्च ऊर्जा इनपुट, कम डाइलेक्ट्रिक हानि, उच्च रमन गेन, कम बीम विकृति, क्षरण प्रतिरोध और अन्य पहलुओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। 

Stanford के CVD डायमंड वेफ़र कई उद्योगों, जैसे एयरोस्पेस, सैन्य और अन्य, को सेवा प्रदान करते हैं। वे थर्मल प्रबंधन में अत्यधिक कुशल हैं, विशेष रूप से उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति, लघु आकार और अत्यधिक एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक घटकों में। 

संयुक्त राज्य अमेरिका के कैलिफ़ोर्निया, लेक फॉरेस्ट में मुख्यालय स्थित, Stanford Advanced Materials 1994 से संचालित हो रहा है और यह एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है। 

#2. AKHAN Semiconductors

डायमंड वेफ़र निर्माण में बहुत सफल एक अन्य अर्धचालक कंपनी Akhan Semiconductors है। 2021 में, इसने पहला 300 मिमी कॉम्प्लीमेंटरी मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर (CMOS) डायमंड वेफ़र निर्मित किया। यह तकनीक मुख्यतः इलेक्ट्रॉनिक्स की पावर हैंडलिंग, हीट मैनेजमेंट और टिकाऊपन को सुधारने के लिए विकसित की गई थी। हालांकि, यह विभिन्न उद्योगों और उत्पादन प्रक्रियाओं को सेवा देती है। Akhan Semiconductor के सीईओ, एडम खान के अनुसार, Akhan’s diamond wafers अधिक शक्तिशाली और टिकाऊ उपकरण बनाने में मदद करेंगे।

संयुक्त राज्य अमेरिका के इलिनोइस में मुख्यालय स्थित, Akhan Semiconductor एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है जो 2012 में स्थापित हुई। नवीनतम उपलब्ध समाचारों के अनुसार, कंपनी ने 17 फरवरी 2022 को US$20 मिलियन जुटाए। 

अन्य डेटा संग्रहण समाधान

हीरे में रंग केंद्रों की खोज डेटा संग्रहण क्षेत्र में निस्संदेह एक गेम-चेंजिंग नवाचार है, लेकिन समाधान अभी तक बड़े पैमाने पर नहीं लाया गया है। 

एक तकनीकी दिग्गज जो लगातार नई और उन्नत डेटा संग्रहण तकनीकों के साथ प्रयोग करता रहता है, वह Intel (INTC ) है। इसके पास कई नवाचारी संग्रहण तकनीकें उपलब्ध हैं। 

#1. Intel Storage Technologies 

उदाहरण के लिए, इसकी Optane Technology डेटा सेंटर संग्रहण बाधाओं को समाप्त करने में मदद करती है, जिससे उपयोगकर्ता बड़े और अधिक किफायती डेटा सेट्स को संभाल सकते हैं। इसकी 3D NAND तकनीक उत्पाद अपनी क्षमता और विश्वसनीयता के लिए जाने जाते हैं। इसकी EDSFF SSD समाधान कम लागत पर बेहतर क्षमता प्राप्त करने में मदद करते हैं।