ফোটোনিক ক্রিস্টালগুলি CMOS-এর বাইরে অপটোইলেকট্রনিক্স-এ বিপ্লব ঘটাতে পারে

ভবিষ্যতের ডেটা সেন্টারগুলির কল্পনা করুন যেখানে তথ্যের প্রক্রিয়া ইলেক্ট্রনিক উপাদানগুলির গুঞ্জন ছাড়াই, অণুবীক্ষণিক স্ফটিকের মাধ্যমে আলোর গতিতে সম্পন্ন হয়। এই ধারণা, যা একসময় বিজ্ঞান কল্পকাহিনীর মধ্যে সীমাবদ্ধ ছিল, এখন ফোটোনিক ক্রিস্টাল প্রযুক্তির মাধ্যমে দৃশ্যমান হচ্ছে। যেহেতু CMOS প্রযুক্তি তার ভৌত সীমাবদ্ধতার কাছাকাছি পৌঁছেছে, তাই বর্তমান কর্মক্ষমতা বাধাগুলি অতিক্রম করতে অপটিক্যাল-ইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেশন একটি গুরুত্বপূর্ণ সমাধান হিসাবে আবির্ভূত হচ্ছে।

অণুবীক্ষণিক আলোর গোলকধাঁধা: ফোটোনিক ক্রিস্টাল কীভাবে কাজ করে

ফোটোনিক ক্রিস্টালগুলি হল কৃত্রিমভাবে তৈরি করা উপাদান যা পর্যায়ক্রমিক প্রতিসরাঙ্ক পরিবর্তন ঘটায়। এই কাঠামোগত পর্যায়ক্রমিকতা আলোর প্রসারণের উপর অভূতপূর্ব নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে, যা অণুবীক্ষণিক স্থানে ফোটনগুলিকে আবদ্ধ করে আলো-পদার্থের মিথস্ক্রিয়াকে নাটকীয়ভাবে বাড়িয়ে তোলে। মূলত ন্যানো-স্কেলের অপটিক্যাল গোলকধাঁধার মতো কাজ করে, এই স্ফটিকগুলি তাদের জটিল কাঠামোগত নকশার মাধ্যমে আলোর পথকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।

সেমিকন্ডাক্টর সাবস্ট্রেটগুলিতে উন্নত ন্যানোফ্যাব্রিকশন কৌশল ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে, ফোটোনিক ক্রিস্টালগুলি তাদের পর্যায়ক্রমিক কাঠামোকে সাবধানে সমন্বয় করে বিভিন্ন অপটিক্যাল ঘটনা অর্জন করে:

• অতি-শক্তিশালী আলো সীমাবদ্ধতা: অপটিক্যাল ডিভাইসের দক্ষতা বাড়াতে সাবওয়েভলেন্থ ভলিউমে ফোটনগুলিকে কেন্দ্রীভূত করে
• ধীর আলোর প্রভাব: আলো-পদার্থের মিথস্ক্রিয়া সময় বাড়ানোর জন্য আলোর প্রসারণের গতি হ্রাস করে
• নেতিবাচক প্রতিসরণ: অভিনব অপটিক্যাল উপাদানগুলির জন্য অস্বাভাবিক আলো বাঁকানো সক্ষম করে

এই অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি ফোটোনিক ক্রিস্টালগুলিকে অপটিক্যাল মেমরি ডিভাইসগুলিকে ছোট করার এবং ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলিতে বিদ্যুতের ব্যবহার কমানোর জন্য একটি পরিবর্তনযোগ্য উপাদান হিসাবে স্থাপন করে।

স্ফটিকের উপমা: ইলেকট্রন থেকে ফোটন পর্যন্ত

"ফোটোনিক ক্রিস্টাল" শব্দটি কঠিন-অবস্থার পদার্থবিদ্যা থেকে সরাসরি অনুপ্রাণিত। প্রচলিত স্ফটিকগুলিতে, পর্যায়ক্রমিক পারমাণবিক বিন্যাসগুলি পর্যায়ক্রমিক সম্ভাব্য ক্ষেত্র তৈরি করে যা ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে, যা পরিবাহী, অন্তরক এবং অর্ধপরিবাহী তৈরি করে।

এই মৌলিক নীতিটি ফোটোনিক্সের ক্ষেত্রে প্রসারিত: ইলেকট্রন তরঙ্গগুলি যেমন পারমাণবিক-স্কেলের পর্যায়ক্রমিকতার সাথে যোগাযোগ করে, তেমনি আলো তরঙ্গগুলি এমন কৃত্রিম কাঠামোর সাথে যোগাযোগ করে যার পর্যায়ক্রমিকতা অপটিক্যাল তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে মিলে যায় (সাধারণত 200-400 nm)। এই মাত্রাগুলি প্রকৌশলের মাধ্যমে, ফোটোনিক ক্রিস্টালগুলি প্রাকৃতিক উপাদানে অসম্ভব অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য অর্জন করে, যার মধ্যে সম্পূর্ণ ফোটোনিক ব্যান্ডগ্যাপ উপাদানগুলি নির্দিষ্ট আলোর ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে ব্লক করে।

CMOS এর বাইরে: অপটিক্যাল-ইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেশনের প্রয়োজনীয়তা

গণনামূলক চাহিদাগুলি দ্রুত বাড়ার সাথে সাথে, ঐতিহ্যবাহী CMOS প্রযুক্তি অপ্রতিরোধ্য বাধার সম্মুখীন হচ্ছে। যেখানে মুর'স ল কয়েক দশক ধরে অগ্রগতি চালিয়েছে, সেখানে ট্রানজিস্টর ক্ষুদ্রাকৃতিরকরণ এখন পারমাণবিক-স্কেলের সীমাবদ্ধতার কাছাকাছি পৌঁছেছে, যা গতি এবং বিদ্যুতের দক্ষতায় বাধা তৈরি করছে।

স্ব-চালিত যানবাহন থেকে শুরু করে দুর্যোগ পূর্বাভাস ব্যবস্থা পর্যন্ত - উদীয়মান অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য অতি-নিম্ন বিলম্ব প্রক্রিয়াকরণ প্রয়োজন যা প্রচলিত ইলেকট্রনিক্স সরবরাহ করতে পারে না। সমাধানটি হল নির্বিঘ্ন অপটিক্যাল-ইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেশন, যা ইলেকট্রনের গণনাযোগ্য বহুমুখীতার সাথে ফোটনের গতি এবং দক্ষতা একত্রিত করে।

এনটিটি-র ফোটোনিক অগ্রগতি: ইন্টিগ্রেশনের পথ তৈরি করা

সেমিকন্ডাক্টর তৈরির অগ্রগতি দ্রুত ফোটোনিক ক্রিস্টাল বিকাশের সুযোগ করে দিয়েছে। এনটিটি-র ন্যানোফোটোনিক্স গবেষণার দুই দশক গুরুত্বপূর্ণ উদ্ভাবন ঘটিয়েছে:

• বিশ্বের ক্ষুদ্রতম-ক্যাপাসিট্যান্স ফোটোনিক-ইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেশন (2019)
• রেকর্ড-নিম্ন পাওয়ার অপটিক্যাল মডুলেটর এবং ট্রানজিস্টর
• শিল্প-স্কেল সম্ভাব্যতা সহ ফোটোনিক ক্রিস্টাল সুইচ

এই অর্জনগুলি অভূতপূর্ব গতি এবং শক্তি দক্ষতার সাথে ফোটোনিক-ইলেকট্রনিক সার্কিটগুলিকে সক্ষম করে, যা সম্ভবত কম্পিউটিং আর্কিটেকচারগুলিতে বিপ্লব ঘটাবে।

IOWN ভিশন: একটি সর্ব-ফোটোনিক্স ভবিষ্যৎ

এনটিটি-র ইনোভেটিভ অপটিক্যাল অ্যান্ড ওয়্যারলেস নেটওয়ার্ক (IOWN) উদ্যোগ ফোটোনিক অবকাঠামোর জন্য 2030 সালের একটি রোডম্যাপ তৈরি করেছে। এই দর্শনের কেন্দ্রবিন্দু হল অল-ফোটোনিক্স নেটওয়ার্ক (APN), একটি এন্ড-টু-এন্ড অপটিক্যাল সিস্টেম যা প্রতিশ্রুতিবদ্ধ:

• অতি-উচ্চ ক্ষমতা ডেটা ট্রান্সমিশন
• প্রায়-শূন্য বিলম্ব যোগাযোগ
• আমূলভাবে হ্রাসকৃত শক্তি খরচ

কম্পিউটেশন এবং মেমরি সিস্টেমে ফোটোনিক্সকে একীভূত করার মাধ্যমে, এই কাঠামো তথ্য প্রক্রিয়াকরণের দৃষ্টান্তকে মৌলিকভাবে পরিবর্তন করতে পারে, যা স্মার্ট, আরও টেকসই প্রযুক্তিগত ইকোসিস্টেম তৈরি করতে সক্ষম করবে।