क्या पेरोव्स्काइट्स फोटोनिक कंप्यूटिंग की कुंजी हो सकते हैं?

सौर से फोटोनिक्स तक

Perovskites एक नई प्रकार की सामग्री हैं, जिन्हें सौर ऊर्जा में उनकी संभावनाओं के लिए लगातार अधिक जांचा जा रहा है। अर्धचालक क्रिस्टल पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित सौर पैनलों की तुलना में प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करने में और भी अधिक शक्तिशाली हो सकते हैं।

स्रोत: iRocks

यह सौर पैनल तकनीक को सुधारने का एक संभावित तरीका है, जिसके बारे में हमने “The Solar Age—A Bright Future To Mankind” में चर्चा की थी। अब ऐसा प्रतीत होता है कि पेरोव्स्काइट्स सिलिकॉन के साथ एक अन्य क्षेत्र में प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं: कंप्यूटिंग।

जैसे-जैसे पारंपरिक सिलिकॉन प्रोसेसर छोटे होते जा रहे हैं, उद्योग गणना को अलग तरीके से करने के तरीकों की तलाश कर रहा है। एक ऐसा विचारित तरीका फोटोनिक्स है, जहाँ प्रकाश इलेक्ट्रिसिटी के बजाय डेटा के वाहक के रूप में उपयोग किया जाता है। इस तरह, गणना प्रकाश की गति से की जा सकती है, जिससे पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक गणना में आवश्यक ट्रांज़िस्टरों की संख्या कम हो जाती है।

ऐसा करने के लिए, फोटोनिक कंप्यूटिंग सिस्टम बनाने की प्रस्तावित विधि में सिलिकॉन की लेज़र-आधारित नैनोस्केल हेरफेर और बेहतर प्रकाश-से-ध्वनि रूपांतरण सिस्टम शामिल हैं।

अधिकांश फोटोनिक तकनीक प्रारंभ में सिलिकॉन-आधारित समाधान पर केंद्रित रही है, क्योंकि यह वह सामग्री है जिसे चिप-निर्माण उद्योग सबसे अधिक समझता है।

फिर भी, यह समझ में आता है कि पेरोव्स्काइट्स, जो एक साथ प्रकाश और बिजली को संभालने की क्षमता के लिए जानी जाती हैं, फोटोनिक कंप्यूटिंग के लिए एक उत्कृष्ट आधार बन सकती हैं।

इच्छानुसार पेरोव्स्काइट क्रिस्टल बनाना

यह वह तर्क था जिसका अनुसरण वारसॉ विश्वविद्यालय के फिजिक्स फैकल्टी के शोधकर्ताओं ने पोलैंड, इटली, आइसलैंड और ऑस्ट्रेलिया के अन्य संस्थानों के सहयोग से किया। पेरोव्स्काइट-आधारित फोटोनिक्स में अधिक प्रगति के लिए मार्ग प्रशस्त करने हेतु, उन्होंने पेरोव्स्काइट क्रिस्टल को सटीक रूप से “कट” करने का तरीका बनाया। उन्होंने अपनी विधि को “Predesigned perovskite crystal waveguides for room-temperature exciton–polariton condensation and edge lasing” शीर्षक वाले लेख में विस्तृत किया।

वे जिस सामग्री का उपयोग करते हैं वह CsPbBr3 (सीज़ियम-लेड-ब्रोमाइड) नामक पेरोव्स्काइट का एक प्रकार है। यह कम ऊर्जा पर गैर-रेखीय प्रकाश प्रवर्धन के कारण ऑप्टिकल अनुप्रयोगों के लिए बड़ी संभावनाएँ रखती है। इसका अर्थ है कि यह सामग्री बहुत कम ऊर्जा खपत के साथ प्रकाश को प्रवर्धित और मॉड्यूलेट कर सकती है, जो इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में फोटोनिक्स का एक प्रमुख लाभ है।

उनकी विधि ने CsPbBr3 क्रिस्टल को किसी भी आकार में, सरल कोनों से लेकर मुलायम वक्रों तक, बनाने में सक्षम बनाया। यह क्रिस्टलोग्राफी में सामान्यतः बहुत कठिन हासिल किया जाने वाला कार्य है।

इसके अतिरिक्त, इन क्रिस्टलों को किसी भी सब्सट्रेट पर निर्मित किया जा सकता है, जिससे वे मौजूदा फोटोनिक उपकरणों के साथ संगत होते हैं। इसलिए, जबकि नवाचारी है, उन्हें उपयोगी बनने के लिए पूरी नई फोटोनिक तकनीक विकसित करने की आवश्यकता नहीं है।

उन्होंने यह कैसे किया

शोधकर्ताओं द्वारा पेरोव्स्काइट क्रिस्टल उगाने के लिए उपयोग की गई कई विधियाँ अर्धचालक उद्योग में ज्ञात विधियों से व्युत्पन्न हैं। उदाहरण के लिए, वे सॉल्यूशन की सांद्रता और वृद्धि तापमान को कड़ी निगरानी में रखते हैं, जबकि संतृप्त सॉल्वेंट वाष्पों का वातावरण बनाए रखते हैं।

इसके बाद उन्होंने इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी और प्लाज़्मा एचिंग का उपयोग करके लगभग परमाणु-स्मूथ गैलियम आर्सेनाइड टेम्पलेट्स का उपयोग किया। गैलियम आर्सेनाइड एक प्रसिद्ध सामग्री है, विशेष रूप से LED प्रकाश उत्पादन में उपयोग की जाती है।

एक माइक्रोफ्लुइडिक दृष्टिकोण का उपयोग करके, उन्होंने क्रिस्टल को संकरी पॉलिमर सांचों में उगाया जो टेम्पलेट से किसी भी आकार में इम्प्रिंट किए जा सकते हैं।

फोटोनिक पेरोव्स्काइट्स क्या कर सकते हैं?

प्रकाश पर शक्ति नियंत्रण

क्रिस्टल ने मजबूत गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रभाव भी प्रदर्शित किए। गैर-रेखीय ऑप्टिक्स हमें प्रकाश किरण के रंग और आकार को स्थान और समय में बदलने और मानव द्वारा अब तक निर्मित सबसे छोटे घटनाओं को बनाने की अनुमति देता है—ऐसे सभी घटनाक्रम जो फोटोनिक गणना के लिए अत्यंत उपयोगी हैं।

क्वांटम प्रभाव

पेरोव्स्काइट क्रिस्टल द्वारा उत्सर्जित प्रकाश एक बहुत विशेष पदार्थ अवस्था, Bose-Einstein condensate, द्वारा उत्पन्न होता है।

स्रोत: UCSB Physics Department

यह पदार्थ की पाँचवीं अवस्था (ठोस, गैस, तरल और प्लाज़्मा के अलावा) है जहाँ कई एटम तरंग के रूप में कार्य कर सकते हैं, न कि सामान्य पदार्थ के रूप में। इस संदर्भ में, यह कई एटम को वही व्यवहार देता है जो सामान्यतः केवल उप-परमाणु कणों में देखा जाता है, जिससे क्वांटम प्रभाव लगभग मैक्रोस्कोपिक स्तर पर दिखाई देते हैं।

पेरोव्स्काइट क्रिस्टलों की इस अवस्था ने एक exciton–polariton condensate बनाया, जो Bose-Einstein condensate का एक विशिष्ट उप-प्रकार है।

इस प्रकार, देखे गए गैर-रेखीय प्रभाव संभवतः कंडेनसेट के भीतर अंतःक्रियाओं से जुड़े हुए हैं।

पेरोव्स्काइट संरचनाओं की अनोखी विशेषताओं के कारण, कंडेनसेट क्रिस्टलों के भीतर लंबी दूरी तक यात्रा कर सकता है, और उत्सर्जित प्रकाश हवा के अंतरालों के माध्यम से पड़ोसी संरचनाओं तक पहुँच सकता है।

Dr. Helgi Sigurðsson – Faculty of Physics University of Warsaw

इन Bose-Einstein कंडेनसेट को इच्छानुसार बनाना और नियंत्रित करना वैज्ञानिकों को प्रकाश को अत्यंत सटीक तरीके से उत्सर्जित और बिखेरने की संभावना देता है।

यह विश्वसनीय और उच्च-प्रदर्शन फोटोनिक चिप्स के विकास के लिए वास्तव में उपयोगी होगा।

बेहतर भविष्यवाणी के लिए सिमुलेशन

शोध पत्र यह भी बताता है कि जटिल गणनाओं के धन्यवाद, वे जटिल आकार की 3D संरचनाओं का सिमुलेशन बना सके, उनके फोटोनिक मोड्स पर प्रभाव दिखा सके और यह दर्शा सके कि उनकी छवि कैसे बनती है।

“यह खोज उन्हें कॉम्पैक्ट “ऑन-चिप” सिस्टम में उपयोग करने की अनुमति देती है जो क्लासिकल और क्वांटम दोनों कंप्यूटिंग कार्यों को संभाल सकते हैं।

हम भविष्यवाणी करते हैं कि हमारी खोजें भविष्य के उपकरणों के द्वार खोलेंगी जो एकल फोटॉनों के स्तर पर कार्य कर सकते हैं, नैनोलेज़रों को वेवगाइड और अन्य तत्वों के साथ एक ही चिप पर एकीकृत करते हुए।”

Prof. Michał Matuszewski – Center for Theoretical Physics of the Polish Academy of Sciences

इस प्रकार, भविष्य का कार्य ऐसे ऑप्टिकल प्रभावों की भविष्यवाणी करने में सक्षम होगा जो फोटोनिक्स और डेटा ट्रांसमिशन के लिए उपयोगी हैं, बिना विद्युत संकेतों के।

भविष्य के अनुप्रयोग

फोटोनिक-क्वांटम कंप्यूटर

इन पेरोव्स्काइट खोजों का एक प्रमुख लाभ यह है कि ये क्रिस्टल कमरे के तापमान पर उपयोग किए जा सकते हैं।

यह बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि सामान्यतः Bose-Einstein कंडेनसेट के प्रभाव केवल शून्य के निकट तापमान पर ही देखे जा सकते हैं। जो उन्हें “सामान्य” कंप्यूटिंग के लिए बहुत कम व्यावहारिक और उपयोगी बनाता है।

यह क्वांटम कंप्यूटिंग और फोटोनिक्स के बीच की सीमा को भी धुंधला कर सकता है, जिससे भविष्य में कंप्यूटर सिस्टम दोनों को एक साथ उपयोग कर सकते हैं।

यह अत्यधिक उन्नत अवधारणाओं जैसे गैर-रेखीय फोटोनिक्स को वेवगाइड, कूपलर, स्प्लिटर और मॉड्यूलेटर के रूप में शामिल करता है।

सिलिकॉन-परॉव्स्काइट कंप्यूटिंग

इन नई सूक्ष्म-समायोजित पेरोव्स्काइट क्रिस्टलों की एक और विशेषता उनका सिलिकॉन और गैलियम-आर्सेनाइड सब्सट्रेट्स के साथ संगत होना है। इसलिए उन्हें मौजूदा सिलिकॉन और अन्य सामग्री अर्धचालक तकनीकों के साथ आसानी से जोड़ा जा सकता है।

यह वर्तमान कंप्यूटिंग तकनीक और फोटोनिक्स के अपनाने के बीच का अंतराल बहुत हद तक कम कर सकता है, जिससे फोटोनिक्स पहले सीमित अनुप्रयोगों के लिए विकसित और अपनाया जा सके, बजाय इसके कि पूरी नई समानांतर तकनीकी सेट की आवश्यकता हो।

परॉव्स्काइट और फोटोनिक्स में निवेश

सौर और कंप्यूटिंग में पूर्व-स्थापित अनुप्रयोगों के कारण, पेरोव्स्काइट और फोटोनिक्स में पहले से ही निवेश किया जा सकता है, भले ही वे सामग्री विज्ञान और कंप्यूटिंग नवाचार के किनारे पर हों।

आप कई ब्रोकरों के माध्यम से फोटोनिक्स कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और आप यहाँ, securities.io पर, हमारे सिफारिशें पा सकते हैं सबसे अच्छे ब्रोकरों के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, और यूनाइटेड किंगडम, और कई अन्य देशों के लिए।

यदि आप विशिष्ट फोटोनिक्स कंपनियों को चुनने में रुचि नहीं रखते, तो आप ETFs में भी निवेश कर सकते हैं जैसे Global X Cloud Computing ETF (CLOU), Defiance Quantum ETF (QTUM), या ProShares Nanotechnology ETF (TINY) जो फोटोनिक्स उद्योग पर अधिक विविधीकृत एक्सपोज़र प्रदान करेंगे।

आप हमारे लेख “Top 10 Non-Silicon Computing Companies” को भी पढ़ सकते हैं।

फोटोनिक्स कंपनियां

1. JABIL

2023 के अंत में, Intel (INTC ) ने अपनी फोटोनिक्स व्यवसाय को अर्धचालक निर्माण कंपनी Jabil (JBL) को बेच दिया।

विशेष रूप से, उसने Intel की सिलिकॉन फोटोनिक्स ट्रांससीवर तकनीक को अधिग्रहित किया, जो सिलिकॉन पर ऑप्टिकल संकेतों और इलेक्ट्रॉनिक संकेतों के बीच अंतर को पाट सकती है।

स्रोत: TrendForce

“Intel के मॉड्यूल बड़े डेटा सेंटर में Ethernet स्विच को जोड़ने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन जैसे-जैसे बैंडविड्थ की मांग बढ़ती है, कंपनी उम्मीद करती है कि सिलिकॉन फोटोनिक्स को स्विच ASICs के साथ को-पैकेज करने से भविष्य के डेटा सेंटर नेटवर्क को स्केल करने के लिए आवश्यक बैंडविड्थ घनत्व प्रदान होगा।

Jabil अत्यंत अच्छी स्थिति में है ताकि वह ग्राहकों को नवाचारी तकनीकों को उनके डेटा सेंटर में एकीकृत करने में समर्थन दे सके, जिससे कृत्रिम बुद्धिमत्ता द्वारा प्रेरित शक्ति और कूलिंग की बढ़ती आवश्यकताओं को नेविगेट किया जा सके।”

Matt Crowley, Jabil’s senior VP of cloud and enterprise infrastructure

यह कंपनी के फोटोनिक विभाग में अतिरिक्त IP लाया, जो पहले से ही फोटोनिक-आधारित तकनीकों को व्यावसायिक बना रहा है:

• फ़ाइबर अटैचिंग समाधान: सक्रिय संरेखण, निष्क्रिय संरेखण, सिंगल फ़ाइबर, फ़ाइबर एरे।
• असेंबली समाधान: पिक-एंड-प्लेस, डाई बॉन्ड, वायर बॉन्ड, फ्लिप चिप, रीफ़्लो।
• एपॉक्सी एप्लिकेशन और प्रबंधन: चयन, विशेषता निर्धारण, डिस्पेंसिंग।
• एन्कैप्सुलेशन समाधान: गोल्ड बॉक्स, डैम-एंड-फ़िल, ग्लोब-टॉप।
• फ़्री-स्पेस ऑप्टिक्स: लेंस/लेंस एरे, बीम शेपर्स, स्प्लिटर्स, डिफ्यूज़र्स, वेवगाइड।

Jabil का व्यवसाय विविधीकृत है, जिसमें ऑटो निर्माताओं, स्वास्थ्य देखभाल एवं पैकेजिंग, औद्योगिक कंपनियों, 5G वायरलेस आदि से कई अरब डॉलर की आय शामिल है। 2024 में कुल राजस्व $27.5 बिलियन है।

कंपनी बेहतर फोटोनिक तकनीक से बहुत लाभ उठा सकती है, क्योंकि वह पहले से ही लाइट एरे के लिए स्प्लिटर, शेपर आदि का उत्पादन करती है।

Intel का IP पेरोव्स्काइट क्रिस्टलों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश और सिलिकॉन के बीच अंतर को पाटने में भी मदद कर सकता है।

जैसे-जैसे AI अनुप्रयोगों के लिए चिप इंटरकनेक्शन की मांग बढ़ रही है, यह फोटोनिक्स का पहला बड़ा突破 हो सकता है, जो (अभी भी) सिलिकॉन-आधारित कंप्यूटिंग को फोटोनिक-आधारित ऑप्टिकल नेटवर्किंग के साथ इंटरफ़ेस करने में भूमिका निभाएगा।

2. II-VI Marlow / Coherent

Coherent एक बड़ा औद्योगिक समूह है, जिसमें 26,000+ कर्मचारी हैं और यह लेज़र तकनीक में अग्रणी है, जो उन्नत सामग्री II-VI (COHR ) Marlow के साथ लेज़र निर्माता Coherent के विलय से बना है।

कंपनी उन्नत सामग्री में विशेषज्ञ है जो लेज़र, ऑप्टिक्स और फोटोनिक्स में उपयोग होती हैं, जैसे इंडियम फॉस्फाइड, एपिटैक्सियल वेफ़र, और गैलियम आर्सेनाइड।

यह पिछले दशक में कई अधिग्रहणों के कारण बड़े पैमाने पर विकसित हुई है।

स्रोत: Coherent

कंपनी अपनी आय का 29% लेज़र से प्राप्त करती है, जबकि बाकी भाग संबंधित उपकरणों जैसे ऑप्टिकल फ़ाइबर, इलेक्ट्रॉनिक्स और इंस्ट्रूमेंटेशन से जुड़ा है।

स्रोत: Coherent

कंपनी की उपस्थिति उन्नत सामग्री जैसे थर्मोफोटोवोल्टाइक (जिसके बारे में हमने पिछले लेख में चर्चा की), सिलिकॉन कार्बाइड, लेज़र और इलेक्ट्रॉनिक्स में है, जिससे इसे सटीक निर्माण, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3D प्रिंटिंग), इलेक्ट्रिफिकेशन और नवीकरणीय ऊर्जा जैसे संरचनात्मक रुझानों से लाभ मिलता है।

कंपनी ने हाल ही में अपने सिलिकॉन कार्बाइड व्यवसाय को एक नई इकाई में विभाजित किया है, जिसका 75% स्वामित्व Coherent के पास है, जबकि बाकी हिस्से उसके साझेदार Mitsubishi Electric (जो सिलिकॉन कार्बाइड पावर IP लाता है) और Denso (जो इलेक्ट्रिफिकेशन और पावर सेमीकंडक्टर्स में ऑटोमोटिव सप्लायर के रूप में अपनी गतिविधि लाता है) के बीच समान रूप से विभाजित है।