फ़ोनॉन लेज़र ‘भूकंप चिप’ रेडियो को छोटा कर सकता है

University of Colorado Boulder और सहयोगी संस्थानों की एक टीम ने हाल ही में एक नया एकल‑चिप “phonon laser” प्रस्तुत किया है जो सुसंगत सतही ध्वनिक तरंगें (SAWs) उत्पन्न करता है। अक्सर इसे “ऑन‑चिप भूकंप” कहा जाता है, ये सूक्ष्म कंपन वही भौतिक घटना हैं जो आज अरबों स्मार्टफ़ोन में सिग्नल फ़िल्टर करने के लिए उपयोग की जाती हैं।

सतही ध्वनिक तरंगें (SAWs) कैसे काम करती हैं

Surface acoustic waves (SAWs) यांत्रिक कंपन हैं जो किसी पदार्थ की सतह के साथ चलते हैं, उनकी ऊर्जा को लगभग एक तरंगदैर्ध्य की गहराई तक सीमित रखते हैं। यह संकेन्द्रण उन्हें सतह की स्थितियों के प्रति अत्यंत संवेदनशील बनाता है और सिग्नलों को नियंत्रित करने में कुशल बनाता है।

प्रकृति में, यह घटना विनाशकारी होती है—भूकंप सतही तरंगें उत्पन्न करते हैं जो जमीन को लहराते हैं। तकनीक में, इस “लहराने” को रेडियो आवृत्तियों को फ़िल्टर करने के लिए उपयोग किया जाता है।

अधिकांश आधुनिक SAW उपकरण पाईज़ोइलेक्ट्रिक पदार्थों (जैसे लिथियम नियोबेट) पर इंटरडिजिटल ट्रांसड्यूसर (IDTs) का उपयोग करके विद्युत रेडियो सिग्नलों को यांत्रिक तरंगों में और फिर वापस बदलते हैं। यह प्रक्रिया शोर और हस्तक्षेप को फ़िल्टर करती है, जिससे आपका फ़ोन सही नेटवर्क बैंड से जुड़ा रहता है।

वर्तमान SAW तकनीक की सीमाएँ

व्यापक उपयोग के बावजूद, वर्तमान SAW घटकों को भौतिक सीमाओं का सामना करना पड़ता है। डिजाइनर आकार, आवृत्ति और शक्ति हानि के बीच निरंतर समझौता करते रहते हैं।

जैसे-जैसे वायरलेस मानक उच्च आवृत्तियों (5G और 6G) की ओर बढ़ते हैं, पारंपरिक SAW फ़िल्टर हानिकारक हो सकते हैं या जटिल, बड़े पैकेजिंग की आवश्यकता पड़ सकती है। उद्योग एक ऐसे तरीके की तलाश में है जिससे चिप पर सीधे अधिक सटीक, साफ़ ध्वनिक तरंगें उत्पन्न की जा सकें, बिना बाहरी RF ड्राइव स्रोतों के—ध्वनि के लिए एक “लेज़र”।

प्रगति: एक ठोस‑स्थिति फ़ोनॉन लेज़र

Nature में प्रकाशित अध्ययन एक विद्युत‑इंजेक्टेड ठोस‑स्थिति SAW फ़ोनॉन लेज़र को दर्शाता है। प्रकाश लेज़र जो प्रकाश (फोटॉनों) उत्सर्जित करते हैं, इसके विपरीत यह उपकरण सुसंगत ध्वनि कंपन (फ़ोनॉनों) उत्सर्जित करता है।

यह उपकरण बाहरी RF ड्राइव को समाप्त कर देता है। इसके बजाय, यह एक डायरेक्ट करंट (DC) इंजेक्शन का उपयोग करके एक रेज़ोनेटर के भीतर सुसंगत कंपन बनाता है। यह उसी तरह है जैसे एक लेज़र पॉइंटर साधारण बैटरी शक्ति को सुसंगत प्रकाश किरण में बदल देता है—पर यहाँ, बैटरी शक्ति को एक सटीक, स्व‑स्थायी ध्वनिक तरंग में परिवर्तित किया जाता है।

एकल‑चिप हेटेरोस्ट्रक्चर

इंजीनियरिंग टीम ने दो प्रमुख पदार्थों को मिलाकर यह हासिल किया:

• Lithium Niobate (LiNbO3): एक मजबूत पाईज़ोइलेक्ट्रिक पदार्थ जो ध्वनिक तरंगों का समर्थन करता है।
• Indium Gallium Arsenide (InGaAs): एक अर्धचालक परत जो विद्युत प्रवाह के दौरान “गेन” (वृद्धि) प्रदान करती है।

जब धारा InGaAs परत से गुजरती है, तो यह लिथियम नियोबेट सतह पर ध्वनिक तरंगों के साथ अंतःक्रिया करती है, उन्हें बढ़ाते हुए जब तक कि वे सुसंगत दोलन में लॉक न हो जाएँ।

प्रदर्शन और परीक्षण परिणाम

टीम के प्रोटोटाइप ने प्रदर्शन मीट्रिक प्रदान किए जो संकेत देते हैं कि यह अंततः विशिष्ट अनुप्रयोगों में पारंपरिक RF स्रोतों के बराबर या उन्हें प्रतिस्थापित कर सकता है।

• Frequency: 1 GHz पर निरंतर दोलन प्राप्त किया (सेल्युलर संचार के लिए एक महत्वपूर्ण बैंड)।
• Power: ऑन‑चिप ध्वनिक आउटपुट −6.1 dBm।
• Spectral Purity: <77 Hz की लाइनविड्थ, जो अत्यंत स्थिर और "शुद्ध" सिग्नल आवृत्ति दर्शाती है।

स्क्रॉल करने के लिए स्वाइप करें →

भविष्य के अनुप्रयोग: सेंसरिंग से 6G तक

सबसे त्वरित संभावित अनुप्रयोग वायरलेस फ्रंट‑एंड मॉड्यूल में है। निष्क्रिय SAW फ़िल्टर को सक्रिय, ट्यून करने योग्य फ़ोनॉन लेज़र से बदलने से स्मार्टफ़ोन रेडियो छोटे, अधिक आवृत्ति‑लचीले और अधिक ऊर्जा‑कुशल बन सकते हैं।

उन्नत सेंसरिंग

रेडियो के अलावा, ये उपकरण सेंसरिंग में क्रांति ला सकते हैं। क्योंकि ध्वनिक तरंगें सतह तक सीमित रहती हैं, चिप को छूने वाला कोई भी कण—जैसे वायरस या रासायनिक अणु—तरंग को बाधित करता है। एक सुसंगत “लेज़र” स्रोत इन बाधाओं को पहचानना बहुत आसान बना देगा, जिससे अल्ट्रा‑संवेदनशील लैब‑ऑन‑ए‑चिप निदान उपकरण बन सकते हैं।

अकौस्टो‑ऑप्टिक मॉड्यूलेशन

यह तकनीक क्वांटम कंप्यूटिंग और ऑप्टिकल नेटवर्क में भी प्रभाव डालती है, जहाँ ध्वनि तरंगों का उपयोग प्रकाश (अकौस्टो‑ऑप्टिक्स) को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। एक कॉम्पैक्ट, ऑन‑चिप तीव्र ध्वनि स्रोत इन मॉड्यूलेटरों को काफी अधिक कुशल बना सकता है।

निवेश प्रभाव: RF फ्रंट‑एंड

हालाँकि यह शोध अभी शैक्षणिक है, व्यावसायिक मार्ग सीधे रेडियो फ़्रीक्वेंसी फ्रंट‑एंड (RFFE) बाजार की ओर ले जाता है—एक ऐसा क्षेत्र जहाँ SAW/BAW फ़िल्टर और कनेक्टिविटी मॉड्यूल में विशेषज्ञ कंपनियाँ प्रमुख हैं।

Skyworks Solutions (SWKS)

Skyworks Solutions (SWKS ) फ़िल्टर तकनीक में प्रगति का मुख्य लाभार्थी है। एक वैश्विक नेता के रूप में, Skyworks उच्च‑प्रदर्शन एनालॉग सेमीकंडक्टर में विशेषज्ञता रखता है और इस “phonon laser” द्वारा क्रांतिकारी बनाने वाले घटकों—SAW फ़िल्टर, TC‑SAW (तापमान‑समायोजित) फ़िल्टर, और BAW (बुल्क अकौस्टिक वेव) फ़िल्टर—पर केंद्रित है।

Skyworks का व्यापार मॉडल ग्राहकों जैसे Apple (AAPL ), Samsung, और ऑटोमोटिव OEMs के लिए छोटे स्थान में अधिक RF जटिलता पैक करने पर निर्भर करता है। कंपनी ने 5G बैंड के लिए फ़िल्टर प्रदर्शन सुधारने हेतु लिथियम टैंटालेट और लिथियम नियोबेट जैसी उन्नत सामग्रियों को अपनाने का इतिहास रखा है।

यदि “सक्रिय” SAW उत्पन्न करना निर्मात्य योग्य हो जाता है, तो मौजूदा निर्माण बुनियादी ढाँचा और ग्राहक संबंधों वाले कंपनियाँ—जैसे Skyworks—इस तकनीक के स्वाभाविक एकीकर्ता बनेंगी।

Latest Skyworks (SWKS) News

Conclusion

“Earthquake Chip” फ़ोनॉनिक्स में एक मील का पत्थर है, यह सिद्ध करता है कि ध्वनि तरंगें लेज़र प्रकाश की समान सुसंगतता और सटीकता के साथ सीधे माइक्रोचिप पर उत्पन्न की जा सकती हैं। जबकि यह iPhone 17 में नहीं आएगा, यह भविष्य की ओर संकेत करता है जहाँ रेडियो अधिक एकीकृत, सेंसर अधिक संवेदनशील, और इलेक्ट्रॉनिक्स व ध्वनि के बीच की सीमा और भी धुंधली हो जाएगी।

CU Boulder की आधिकारिक घोषणा यहाँ पढ़ें।

कंप्यूटिंग हार्डवेयर में अन्य प्रगतियों के बारे में जानने के लिए यहाँ क्लिक करें।

संदर्भ

1. Wendt, A., Storey, M. J., Miller, M., et al. An electrically injected solid-state surface acoustic wave phonon laser. Nature, 649, 597–603 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09950-8 हिंदी में।