அறிவியல் புனைகதையிலிருந்து நிஜத்திற்கு: படிகத் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்கும் அறிவியல் மற்றும் பொறியியல்

'படிகத் தொழில்நுட்பம்' என்ற கருத்து பெரும்பாலும் அறிவியல் புனைகதைகளிலிருந்து வரும் படங்களை மனதில் கொண்டுவருகிறது: விண்வெளிக் கப்பல்களுக்கு சக்தி அளிக்கும் ஒளிரும் படிகங்கள், பரந்த, ஒளிஊடுருவக்கூடிய நூலகங்களில் பண்டைய அறிவைச் சேமித்து வைப்பது, அல்லது வேற்றுலகக் கோட்டைகளின் அமைப்பை உருவாக்குவது. இந்த சித்தரிப்புகள் கற்பனையாக இருந்தாலும், படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் யதார்த்தம் குறைவான குறிப்பிடத்தக்கது அல்ல. இது இயற்பியல், வேதியியல் மற்றும் பொருள் அறிவியலின் அடிப்படைக் கொள்கைகளில் வேரூன்றிய ஒரு வேகமாக வளர்ந்து வரும் துறையாகும். மாயாஜாலத்திலிருந்து வெகு தொலைவில், படிகத் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்குவது என்பது மனித புத்திசாலித்தனம் மற்றும் துல்லியமான பொறியியலின் வெற்றியாகும், இது தரவு சேமிப்பிலிருந்து குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் வரையிலான தொழில்களை மறுவரையறை செய்யும் திறனைக் கொண்டுள்ளது.

இந்தக் கட்டுரை இந்த கவர்ச்சிகரமான களத்தின் விரிவான, தொழில்முறை கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது. இந்த மேம்பட்ட பொருட்களை உருவாக்குவதன் பின்னணியில் உள்ள செயல்முறைகளை நாங்கள் தெளிவுபடுத்துவோம், அவற்றின் அற்புதமான பயன்பாடுகளை ஆராய்வோம், மேலும் அவற்றின் பரவலான பயன்பாட்டிற்கான பாதையில் உள்ள சவால்களை ஆராய்வோம். நமது தொழில்நுட்ப எதிர்காலத்தின் கட்டுமானக் கற்களாக மாறத் தயாராக இருக்கும் மூலப்பொருட்களிலிருந்து கச்சிதமாக கட்டமைக்கப்பட்ட படிகங்கள் வரையிலான பயணத்தில் எங்களுடன் சேருங்கள்.

அடித்தளம்: படிகவியல் மற்றும் பொருள் அறிவியலைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

படிகங்களைக் கொண்டு நாம் எதையும் உருவாக்கும் முன், அவை மிக அடிப்படையான மட்டத்தில் என்ன என்பதை நாம் முதலில் புரிந்து கொள்ள வேண்டும். படிகத் தொழில்நுட்பத்திற்கான பயணம் ஒரு உயர் தொழில்நுட்ப உற்பத்தி ஆலையில் தொடங்கவில்லை, மாறாக படிகவியல் மற்றும் பொருள் அறிவியலின் கொள்கைகளுடன் தொடங்குகிறது.

படிகம் என்றால் என்ன? அணுக்களின் கட்டமைப்பு

அதன் மையத்தில், ஒரு படிகம் என்பது ஒரு திடப் பொருளாகும், அதன் ஆக்கக்கூறுகளான அணுக்கள், மூலக்கூறுகள் அல்லது அயனிகள் மூன்று இடஞ்சார்ந்த பரிமாணங்களிலும் பரவியிருக்கும் மிகவும் ஒழுங்கான, மீண்டும் மீண்டும் வரும் வடிவத்தில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும். இந்த நுண்ணிய உள் அமைப்பு படிக பின்னல் (crystal lattice) என்று அழைக்கப்படுகிறது. கண்ணாடி போன்ற உருவமற்ற பொருட்களிலிருந்து படிகங்களை வேறுபடுத்துவது இந்த கச்சிதமான, நீண்ட-தூர ஒழுங்குதான், அங்கு அணுக்கள் தோராயமாக அமைக்கப்பட்டிருக்கும்.

இந்தத் துல்லியமான அணு கட்டமைப்பு ஒரு படிகத்தின் தனித்துவமான மற்றும் மதிப்புமிக்க பண்புகளுக்கு மூலமாகும். அணுக்களின் குறிப்பிட்ட அமைப்பு, ஒரு பொருள் ஒளி, மின்சாரம், வெப்பம் மற்றும் இயந்திர அழுத்தத்துடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்ளும் என்பதை தீர்மானிக்கிறது. படிகத்தின் கட்டமைப்பைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், குறிப்பிட்ட, கணிக்கக்கூடிய மற்றும் மிகவும் விரும்பத்தக்க பண்புகளுடன் பொருட்களை நாம் உருவாக்க முடியும்.

பரிபூரணத்தை நோக்கிய தேடல்: தூய்மை மற்றும் குறைபாடுகள்

உயர் செயல்திறன் கொண்ட படிகத் தொழில்நுட்பத்தில், பரிபூரணம் மிக முக்கியமானது. படிக பின்னலில் ஏற்படும் மிகச்சிறிய குறைபாடு கூட அதன் பண்புகளை சீர்குலைத்து ஒரு சாதனத்தை பயனற்றதாக்கிவிடும். விஞ்ஞானிகளும் பொறியியலாளர்களும் அயராது உழைத்து நீக்கும் பல வகையான குறைபாடுகள் அல்லது 'குறைபாடுகள்' உள்ளன:

• புள்ளி குறைபாடுகள் (Point Defects): இவற்றில் காலியிடங்கள் (ஒரு அணு இல்லாதது), இடைநிலை அணுக்கள் (பின்னலில் ஒரு கூடுதல் அணு செருகப்படுவது), மற்றும் மாசு அணுக்கள் (ஒரு சொந்த அணுவிற்குப் பதிலாக ஒரு வெளிநாட்டு அணு) ஆகியவை அடங்கும்.
• கோட்டுக் குறைபாடுகள் (Line Defects - Dislocations): இவை படிகக் கட்டமைப்பிற்குள் தவறாக அமைக்கப்பட்டிருக்கும் முழு அணுக்களின் வரிசைகளாகும்.
• மேற்பரப்பு குறைபாடுகள் (Surface Defects): இவை வெளிப்புற மேற்பரப்பு மற்றும் உள் தானிய எல்லைகள் உட்பட படிகத்தின் எல்லைகளில் ஏற்படுகின்றன.

இருப்பினும், அனைத்து 'மாசுகளும்' விரும்பத்தகாதவை அல்ல. டோப்பிங் (doping) எனப்படும் ஒரு செயல்பாட்டில், பொறியியலாளர்கள் வேண்டுமென்றே குறிப்பிட்ட மாசு அணுக்களை ஒரு படிக பின்னலில் துல்லியமான செறிவுகளில் அறிமுகப்படுத்துகிறார்கள். இந்த நுட்பம் குறைக்கடத்தித் துறையின் மூலக்கல்லாகும், அங்கு பாஸ்பரஸ் அல்லது போரான் போன்ற தனிமங்களுடன் சிலிக்கானை டோப்பிங் செய்வது டிரான்சிஸ்டர்களுக்குத் தேவையான N-வகை மற்றும் P-வகை பொருட்களை உருவாக்குகிறது. படிகத் தொழில்நுட்பத்தில், லேசர்கள் அல்லது குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கில் பயன்பாடுகளுக்காக ஒரு படிகத்தின் ஒளியியல் அல்லது மின்னணு பண்புகளைச் சரிசெய்ய டோப்பிங் பயன்படுத்தப்படலாம்.

படிகத் தொழில்நுட்பத் தட்டில் உள்ள முக்கியப் பொருட்கள்

நவீன படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையை பரந்த அளவிலான பொருட்கள் உருவாக்குகின்றன. ஒவ்வொன்றும் அதன் தனித்துவமான பண்புகளின் கலவைக்காகத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன:

• சிலிக்கான் (Si): மின்னணுவியலின் மறுக்கமுடியாத அரசன். அதன் குறைக்கடத்தி பண்புகள் மற்றும் மிகப்பெரிய, மிகத் தூய்மையான ஒற்றைப் படிகங்களை வளர்க்கும் திறன் ஆகியவை கிட்டத்தட்ட அனைத்து நவீன கணினிகளின் அடித்தளமாக அமைகின்றன.
• குவார்ட்ஸ் (SiO₂): ஒரு அழுத்தமின் படிகம் (piezoelectric crystal), அதாவது இயந்திர அழுத்தத்திற்கு பதிலளிக்கும் விதமாக இது ஒரு மின்சார மின்னூட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த பண்பு கடிகாரங்கள், கணினிகள் மற்றும் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் நேரத்தைக் கணக்கிடும் இதயத் துடிப்புகளாக செயல்படும் மிகவும் நிலையான அலைவிகளை உருவாக்க அவசியமாக்குகிறது.
• கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) & சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC): இவை பரந்த-பட்டைஇடைவெளி குறைக்கடத்திகள் (wide-bandgap semiconductors). அவற்றின் வலுவான படிக கட்டமைப்புகள் சிலிக்கானை விட மிக அதிக மின்னழுத்தங்கள், வெப்பநிலைகள் மற்றும் அதிர்வெண்களில் செயல்பட அனுமதிக்கின்றன, இதனால் அவை உயர்-சக்தி மின்னணுவியல், 5G உள்கட்டமைப்பு மற்றும் அதிக திறன் கொண்ட LED விளக்குகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன.
• சஃபையர் (Al₂O₃): படிக அலுமினிய ஆக்சைட்டின் ஒரு வடிவமான சஃபையர், நம்பமுடியாத அளவிற்கு கடினமானது மற்றும் பரந்த அளவிலான அலைநீளங்களில் ஒளிபுகும் தன்மை கொண்டது. இது சொகுசுக் கடிகாரங்கள், ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் இராணுவத் தர உணரிகள் ஆகியவற்றில் கீறல்-எதிர்ப்பு ஜன்னல்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• உருக்கப்பட்ட சிலிக்கா மற்றும் சிறப்பு கண்ணாடிகள் (Fused Silica and Specialty Glasses): தொழில்நுட்ப ரீதியாக உருவமற்றதாக இருந்தாலும், உயர்-தூய்மையான உருக்கப்பட்ட சிலிக்கா போன்ற பொருட்கள் மேம்பட்ட பயன்பாடுகளுக்காக படிகம் போன்ற துல்லியத்துடன் கையாளப்படுகின்றன. நாம் காணவிருப்பது போல, நீண்ட கால 'படிக' தரவு சேமிப்பின் வளர்ச்சிக்கு அவை மையமாக உள்ளன.
• செயற்கை வைரங்கள் (Synthetic Diamonds): இரசாயன நீராவி படிவு (CVD) மூலம் வளர்க்கப்படும் செயற்கை வைரங்கள் தீவிர கடினத்தன்மை, எந்தவொரு பொருளையும் விட மிக உயர்ந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் மற்றும் தனித்துவமான ஒளியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. நீடித்த வெட்டுக் கருவிகள் முதல் குவாண்டம் பிட்களுக்கான (qubits) புரவலன்கள் வரை அனைத்திற்கும் அவை ஆராயப்படுகின்றன.

உருவாக்க செயல்முறை: ஒரு பல-கட்ட பொறியியல் அற்புதம்

ஒரு உயர் செயல்திறன் கொண்ட படிகத்தை உருவாக்குவது ஒரு திரவத்தை குளிர்விக்கும் ஒரு எளிய செயல் அல்ல. இது வெப்பநிலை, அழுத்தம் மற்றும் இரசாயன தூய்மை மீது தீவிர கட்டுப்பாட்டைக் கோரும் ஒரு நுணுக்கமான, பல-கட்ட செயல்முறையாகும். ஒவ்வொரு கட்டமும் பொதுவான மூலப்பொருட்களை தொழில்நுட்ப அற்புதங்களாக மாற்றும் ஒரு சங்கிலியில் ஒரு முக்கியமான இணைப்பாகும்.கட்டம் 1: மூலப்பொருள் ஆதாரம் மற்றும் தீவிர சுத்திகரிப்பு

இந்த செயல்முறை வியக்கத்தக்க அளவிற்கு சுத்திகரிக்கப்பட வேண்டிய மூலப்பொருட்களுடன் தொடங்குகிறது. மின்னணு-தர சிலிக்கானுக்கு, தேவைப்படும் தூய்மை பெரும்பாலும் 99.9999999% ("ஒன்பது-ஒன்பதுகள்" அல்லது 9N தூய்மை என குறிப்பிடப்படுகிறது) அல்லது அதற்கும் அதிகமாகும். அதாவது ஒவ்வொரு பில்லியன் சிலிக்கான் அணுக்களுக்கும் ஒரு வெளிநாட்டு அணு மட்டுமே உள்ளது.

இந்த மிகத் தூய பாலிசிலிக்கானை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரு பொதுவான முறை சீமென்ஸ் செயல்முறை (Siemens process) ஆகும். இது உலோகவியல்-தர சிலிக்கானை ஹைட்ரஜன் குளோரைடுடன் வினைபுரியச் செய்து டிரைகுளோரோசிலேன் வாயுவை உருவாக்குவதை உள்ளடக்கியது. இந்த வாயு பின்னர் மாசுகளை அகற்ற வடிகட்டப்பட்டு, உயர் வெப்பநிலையில் உயர்-தூய்மை சிலிக்கான் இழைகளின் மீது சிதைக்கப்பட்டு, மிகத் தூய சிலிக்கானின் தடிமனான அடுக்கை படிய வைக்கிறது.

கட்டம் 2: படிக வளர்ச்சி - விதையிலிருந்து இங்காட் வரை

மூலப்பொருள் தூய்மையானவுடன், அடுத்த சவால் அதன் அணுக்களை ஒரு சரியான ஒற்றை படிக கட்டமைப்பில் வரிசைப்படுத்துவதாகும். இது பல்வேறு படிக வளர்ச்சி முறைகள் மூலம் நிறைவேற்றப்படுகிறது, ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு பொருட்கள் மற்றும் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது.

• சோக்ரால்ஸ்கி (CZ) முறை: கணினி சிப்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் பெரிய, உருளை வடிவ சிலிக்கான் இங்காட்களை உற்பத்தி செய்வதற்கான பிரதான முறை இதுவாகும். இந்த செயல்முறை மிகத் தூய பாலிசிலிக்கானை ஒரு குவார்ட்ஸ் கொள்கலனில் உருக்குவதன் மூலம் தொடங்குகிறது. ஒரு சிறிய, சரியான 'விதைப் படிகம்' உருகிய சிலிக்கானின் மேற்பரப்பில் முக்கப்பட்டு, பின்னர் சுழற்றப்படும்போது மெதுவாக மேல்நோக்கி இழுக்கப்படுகிறது. விதை வெளியே எடுக்கப்படும்போது, உருகிய சிலிக்கான் அதன் மீது திடமாகி, அதன் சரியான படிக அமைப்பைப் பிரதியெடுக்கிறது. இதன் விளைவாக 2 மீட்டருக்கும் அதிகமான நீளம் மற்றும் நூற்றுக்கணக்கான கிலோகிராம் எடையுள்ள ஒரு பெரிய ஒற்றை-படிக இங்காட் ('boule') உருவாகிறது.
• நீரோட்டத் தொகுப்பு (Hydrothermal Synthesis): இந்த முறை பூமியின் ஆழத்தில் குவார்ட்ஸ் படிகங்களை உருவாக்கும் இயற்கை செயல்முறைகளைப் பின்பற்றுகிறது. இது ஒரு பெரிய எஃகு ஆட்டோகிளேவில் உயர் அழுத்தத்தின் கீழ் சூடேற்றப்பட்ட நீரில் (ஒரு நீரியல் கரைப்பான்) மூலப்பொருட்களை கரைப்பதை உள்ளடக்கியது. விதைப் படிகங்கள் ஆட்டோகிளேவின் குளிரான பகுதியில் வைக்கப்படுகின்றன. கரைசல் சுழற்சி செய்யும்போது, கரைந்த பொருள் விதைகளின் மீது படிந்து, பல வாரங்களில் பெரிய, உயர்-தரமான செயற்கை குவார்ட்ஸ் படிகங்களை வளர்க்கிறது.
• இரசாயன நீராவி படிவு (CVD): ஒரு உருகிய அல்லது கரைசலில் இருந்து வளர்வதற்கு பதிலாக, CVD ஒரு வாயுவிலிருந்து அடுக்கடுக்காக ஒரு படிகத்தை உருவாக்குகிறது. முன்னோடி வாயுக்கள் ஒரு அடி மூலக்கூறைக் கொண்ட ஒரு வினை அறைக்குள் அறிமுகப்படுத்தப்படுகின்றன. உயர் வெப்பநிலையில், வாயுக்கள் வினைபுரிந்து சிதைந்து, அடி மூலக்கூறின் மீது ஒரு மெல்லிய படிகப் பொருளைப் படிய வைக்கின்றன. செயற்கை வைரம் மற்றும் LED-களுக்கான கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) போன்ற உருகுவதற்கு கடினமான பொருட்களை உருவாக்குவதற்கு இந்த முறை முக்கியமானது.

கட்டம் 3: வடிவமைத்தல் மற்றும் செயலாக்குதல் - இங்காட்டில் இருந்து பாகம் வரை

ஒரு மூல படிக இங்காட் இன்னும் பயன்படுத்தக்கூடிய தொழில்நுட்ப கூறு அல்ல. அது துல்லியமாக வடிவமைக்கப்பட்டு, துண்டுகளாக வெட்டப்பட்டு, மெருகூட்டப்பட வேண்டும்.

சிலிக்கானுக்கு, உருளை வடிவ இங்காட்கள் முதலில் ஒரு துல்லியமான விட்டத்திற்கு அரைக்கப்படுகின்றன. பின்னர், வைர முனை கொண்ட ரம்பங்களைப் பயன்படுத்தி, இங்காட் வேஃபர்கள் (wafers) எனப்படும் மெல்லிய, வட்டமான தட்டுகளாக வெட்டப்படுகிறது. இந்த வேஃபர்கள் தான் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் கட்டமைக்கப்படும் அடித்தளமாகும்.

இறுதி மற்றும் மிக முக்கியமான படி மெருகூட்டல் ஆகும். வேஃபர் மேற்பரப்பு நம்பமுடியாத அளவிற்கு மென்மையாகவும் தட்டையாகவும் ஆக்கப்பட வேண்டும், இது இரசாயன இயந்திர சமதளமாக்கல் (CMP) எனப்படும் செயல்முறையாகும். நானோமீட்டர் அளவில் கூட எந்த மேற்பரப்பு சொரசொரப்பும், பின்னர் அதன் மீது அச்சிடப்படும் நுண்ணிய சுற்றுகளை அழித்துவிடும். 'அணுரீதியாக தட்டையான' மேற்பரப்பை அடைவதே குறிக்கோள், இது இந்தத் துறையில் தேவைப்படும் தீவிர துல்லியத்திற்கு ஒரு சான்றாகும்.

தகவலை குறியீடாக்குதல்: படிக தரவு சேமிப்பிற்கான பாய்ச்சல்

ஒருவேளை படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் மிகவும் கவர்ச்சிகரமான பயன்பாடு தரவு சேமிப்பில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும் அதன் திறன் ஆகும். ஆராய்ச்சியாளர்கள் காந்த மற்றும் ஃபிளாஷ் அடிப்படையிலான சேமிப்பிற்கு அப்பால் சென்று, உருகிய குவார்ட்ஸ் போன்ற நீடித்த படிகங்களின் கட்டமைப்பிலேயே বিপুল அளவிலான தரவுகளை குறியாக்கம் செய்கிறார்கள், இது மனிதகுலத்தையே மிஞ்சக்கூடிய ஒரு சேமிப்பு ஊடகத்தை உருவாக்குகிறது.

கருத்து: 5D ஒளியியல் தரவு சேமிப்பு

சவுத்தாம்ப்டன் பல்கலைக்கழகத்தின் ஆராய்ச்சியாளர்களால் முன்னோடியாக உருவாக்கப்பட்ட, 5D ஒளியியல் தரவு சேமிப்பு என்பது நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட கண்ணாடியில் தகவல்களை குறியாக்கம் செய்யும் ஒரு தொழில்நுட்பமாகும். '5D' என்ற பெயர் தரவைச் சேமிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் ஐந்து அளவுருக்களிலிருந்து வருகிறது:

1. நானோ கட்டமைப்பின் மூன்று இடஞ்சார்ந்த ஆயங்கள் (X, Y, Z நிலை).
2. நானோ கட்டமைப்பின் நோக்குநிலை (கோணம்).
3. நானோ கட்டமைப்பின் அளவு (அல்லது இன்னும் துல்லியமாக, தாமதம் - retardance).

கண்ணாடியின் உள்ளே உள்ள ஒவ்வொரு சிறிய புள்ளிக்கும் இந்த ஐந்து மாறிகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், மிகச் சிறிய கனஅளவில் ஒரு மகத்தான அளவு தரவைச் சேமிக்க முடியும். ஒரு வழக்கமான குறுவட்டு அளவிலான ஒரு வட்டு சாத்தியமான நூற்றுக்கணக்கான டெராபைட் தரவுகளை வைத்திருக்க முடியும்.

இயங்குமுறை: ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் எழுதுதல்

படிகத்தை உடைக்காமல் இந்தத் தரவை எழுதுவதற்கான திறவுகோல் ஒரு ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் பயன்படுத்துவதாகும். ஒரு ஃபெம்டோசெகண்ட் என்பது ஒரு நொடியின் ஒரு குவாட்ரில்லியனில் (10⁻¹⁵) ஒரு பங்காகும். இந்த லேசர்கள் மிகக் குறுகிய மற்றும் சக்திவாய்ந்த ஒளித் துடிப்புகளை வழங்குகின்றன.

ஒளிபுகும் பொருளுக்குள் (உருகிய குவார்ட்ஸ் போன்றவை) கவனம் செலுத்தும்போது, துடிப்பின் ஆற்றல் இடத்திலும் நேரத்திலும் மிகவும் செறிவூட்டப்படுவதால், அது ஒரு சிறிய, உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட இடத்தில் பொருளின் கட்டமைப்பை மாற்றுகிறது, இது 'வோக்சல்' (voxel) எனப்படும் நானோ கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது. இது குறிப்பிடத்தக்க வெப்பத்தைப் படிய வைக்காமல் நிகழ்கிறது, இதனால் விரிசல் மற்றும் அழுத்தத்தைத் தவிர்க்கிறது. லேசர் கவனத்தை நகர்த்துவதன் மூலம், இந்த வோக்சல்களில் மில்லியன் கணக்கானவற்றை எழுத முடியும், ஒவ்வொன்றும் ஒரு தரவு பிட்டாக செயல்படுகிறது.

தரவை மீண்டும் படிக்க, ஒரு நுண்ணோக்கி மற்றும் ஒரு முனைவாக்கியின் கலவை பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒளி படிகத்தின் வழியாக செல்கிறது, மேலும் ஒவ்வொரு வோக்சலாலும் அதன் முனைவாக்கம் எவ்வாறு மாற்றப்படுகிறது என்பது நோக்குநிலை மற்றும் அளவு பற்றிய சேமிக்கப்பட்ட தகவலை வெளிப்படுத்துகிறது, இது பின்னர் பைனரி தரவுகளாக மீண்டும் டிகோட் செய்யப்படுகிறது.

உறுதிமொழி: முன்னோடியில்லாத நீண்ட ஆயுள் மற்றும் அடர்த்தி

இந்த தொழில்நுட்பத்தின் தாக்கங்கள் திகைப்பூட்டுகின்றன. உருகிய குவார்ட்ஸ் நம்பமுடியாத அளவிற்கு நிலையான ஒரு பொருளாகும். இது இரசாயன ரீதியாக மந்தமானது மற்றும் 1,000°C வரையிலான வெப்பநிலையைத் தாங்கக்கூடியது. இந்த வழியில் சேமிக்கப்பட்ட தரவு பில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு நிலையானதாக இருக்கும் என்று மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது, இது ஒரு உண்மையான காப்பக சேமிப்பு ஊடகத்தை உருவாக்குகிறது. இது முக்கிய நிறுவனங்களின் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது:

• மைக்ரோசாப்டின் ப்ராஜெக்ட் சிலிக்கா: மைக்ரோசாப்ட் நீண்ட கால கிளவுட் சேமிப்பகக் காப்பகங்களுக்காக இந்த தொழில்நுட்பத்தை தீவிரமாக உருவாக்கி வருகிறது. அவர்கள் 1978 ஆம் ஆண்டு வெளிவந்த "சூப்பர்மேன்" திரைப்படம் போன்ற முக்கிய கலாச்சார படைப்புகளை ஒரு சிறிய குவார்ட்ஸ் கண்ணாடித் துண்டில் வெற்றிகரமாக சேமித்து மீட்டெடுத்துள்ளனர்.
• தி ஆர்ச் மிஷன் ஃபவுண்டேஷன்: இந்த இலாப நோக்கற்ற அமைப்பு எதிர்கால சந்ததியினருக்காக மனித அறிவைப் பாதுகாப்பதில் அர்ப்பணிக்கப்பட்டுள்ளது. அவர்கள் விண்வெளி அடிப்படையிலான காப்பகங்களில் 5D ஒளியியல் சேமிப்பு வட்டுகளைச் சேர்த்துள்ளனர், இதில் ஒன்று சந்திரனுக்கு அனுப்பப்பட்டது.

சேமிப்பிற்கு அப்பாற்பட்ட பயன்பாடுகள்: படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் பரந்த ஸ்பெக்ட்ரம்

தரவு சேமிப்பு ஒரு தலைப்புச் செய்தியாக இருந்தாலும், படிகத் தொழில்நுட்பம் பல அடுத்த தலைமுறை துறைகளுக்கு ஒரு அடிப்படை இயக்கியாக உள்ளது.

ஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் ஒளியியல் கணினி

ஒளியின் அறிவியலான ஃபோட்டானிக்ஸ், படிகங்களை பெரிதும் நம்பியுள்ளது. பிரத்யேகமாக வடிவமைக்கப்பட்ட படிகங்கள் அலை வழிகாட்டிகள், வடிப்பான்கள், மாடுலேட்டர்கள் மற்றும் அதிர்வெண் மாற்றிகளாக செயல்பட்டு, ஒளிக்கற்றைகளை துல்லியமாகக் கையாள முடியும். எலக்ட்ரான்களுக்குப் பதிலாக ஃபோட்டான்களைப் பயன்படுத்தி கணக்கீடுகளைச் செய்யும் ஒளியியல் கணினியின் கனவு, மிகப்பெரிய வேகம் மற்றும் செயல்திறன் ஆதாயங்களை வழங்கக்கூடும். நேரியல் அல்லாத படிகங்கள் இந்த ஆராய்ச்சியின் மையத்தில் உள்ளன, ஃபோட்டான்கள் ஒன்றோடொன்று தொடர்பு கொள்ள உதவுகின்றன, இது ஃபோட்டானிக் லாஜிக் கேட்களை உருவாக்குவதற்கு அவசியமான படியாகும்.

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் பலவீனமான உலகத்திற்கு மிகவும் நிலையான மற்றும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட சூழல் தேவை. படிகங்கள் இதை வழங்குகின்றன. குவாண்டம் தகவலின் அடிப்படை அலகுகளான குபிட்களை உருவாக்குவதற்கான முன்னணி அணுகுமுறைகளில் ஒன்று, ஒரு படிக பின்னலில் குறிப்பிட்ட குறைபாடுகளைப் பயன்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. வைரத்தில் உள்ள நைட்ரஜன்-வெற்றிட (NV) மையம் ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு. இந்த குறிப்பிட்ட புள்ளி குறைபாடு, வைரத்தின் கார்பன் பின்னலில் ஒரு வெற்றிடத்திற்கு அருகில் ஒரு நைட்ரஜன் அணு அமர்ந்திருக்கும் இடத்தில், லேசர்கள் மற்றும் மைக்ரோவேவ்களால் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய குவாண்டம் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இது அறை வெப்பநிலையில் கூட ஒரு நிலையான திட-நிலை குபிட்டாக செயல்படுகிறது.

உயர்-சக்தி மின்னணுவியல் மற்றும் LED-கள்

முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, கேலியம் நைட்ரைடு (GaN) மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) போன்ற படிகங்கள் சக்தி மின்னணுவியலை மாற்றியமைக்கின்றன. அவற்றின் வலுவான அணுப் பிணைப்புகள் மற்றும் பரந்த பட்டை இடைவெளி ஆகியவை சிலிக்கானை விட மிக அதிக மின்னழுத்தங்களையும் வெப்பநிலையையும் கையாள அனுமதிக்கின்றன. இது மின்சார வாகனங்களுக்கான சிறிய, வேகமான மற்றும் கணிசமாக அதிக ஆற்றல் திறன் கொண்ட சார்ஜர்கள், மின்சாரம் வழங்கும் கருவிகள் மற்றும் இன்வெர்ட்டர்களுக்கு வழிவகுக்கிறது. GaN-ஐ சக்தி மின்னணுவியலுக்கு சிறந்ததாக மாற்றும் அதே பண்புகள், மின்சாரத்தை ஒளியாக மாற்றுவதிலும் விதிவிலக்காக திறமையானதாக ஆக்குகின்றன, அதனால்தான் இது நவீன நீலம் மற்றும் வெள்ளை LED-களில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் பொருளாக உள்ளது.

துல்லியமான உணரிகள் மற்றும் அளவியல்

குவார்ட்ஸ் படிகங்களில் உள்ள அழுத்தமின் விளைவு கிட்டத்தட்ட அனைத்து நவீன மின்னணுவியலிலும் நேரம் மற்றும் அதிர்வெண் கட்டுப்பாட்டிற்கு அடிப்படையாக உள்ளது. ஒரு துல்லியமாக வெட்டப்பட்ட குவார்ட்ஸ் படிகத்திற்கு ஒரு மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படும்போது, அது மிகவும் நிலையான அதிர்வெண்ணில் அதிர்வுறுகிறது. இந்த அதிர்வு ஒரு எளிய டிஜிட்டல் கடிகாரம் முதல் ஒரு சிக்கலான தரவு மைய சேவையகம் வரை அனைத்திலும் செயல்பாடுகளை ஒத்திசைக்கும் கடிகார சமிக்ஞைகளை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

சவால்கள் மற்றும் முன்னோக்கிய பாதை

அதன் மகத்தான உறுதிமொழி இருந்தபோதிலும், படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் மீது கட்டப்பட்ட எதிர்காலத்திற்கான பாதை குறிப்பிடத்தக்க தடைகள் இல்லாமல் இல்லை. இந்த சவால்கள் முதன்மையாக செலவு, அளவு மற்றும் துல்லியம் ஆகியவற்றை மையமாகக் கொண்டுள்ளன.

• அளவிடுதல் மற்றும் செலவுத் தடை: பெரிய, சரியான ஒற்றை படிகங்களை வளர்ப்பது மிகவும் மெதுவான, ஆற்றல்-செறிந்த மற்றும் விலையுயர்ந்த செயல்முறையாகும். CPU வேஃபர்கள் மற்றும் சிறப்பு லேசர்கள் போன்ற உயர்-இலாப தயாரிப்புகளுக்கு சாத்தியமானதாக இருந்தாலும், தனிப்பட்ட தரவு சேமிப்பு போன்ற வெகுஜன-சந்தை பயன்பாடுகளுக்கு செலவைக் குறைப்பது ஒரு பெரிய பொறியியல் சவாலாக உள்ளது.
• துல்லியமான பொறியியல் எல்லை: பயன்பாடுகள் மேலும் மேம்பட்டதாக மாறும்போது, பொருள் தரத்தின் மீதான கோரிக்கைகள் அதிவேகமாக அதிகரிக்கின்றன. பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகாமையில் உள்ள குறைபாடு விகிதங்களை அடைவது, துணை-அணு மென்மைக்கு மேற்பரப்புகளை மெருகூட்டுவது மற்றும் பிகோசெகண்ட் லேசர் துல்லியத்துடன் அம்சங்களைப் பொறிப்பது ஆகியவை உடல் ரீதியாக சாத்தியமானவற்றின் உச்சத்தில் உள்ளன.
• தரவு தரநிலைகள் மற்றும் இயங்குதன்மை: 5D ஒளியியல் சேமிப்பு ஒரு உலகளாவிய காப்பக தீர்வாக மாற, தரவை எழுதுவதற்கும் படிப்பதற்கும் உலகளவில் ஒப்புக் கொள்ளப்பட்ட தரநிலைகள் இருக்க வேண்டும். இது இல்லாமல், ஒரு நிறுவனத்தின் தொழில்நுட்பத்துடன் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு வட்டு மற்றொரு நிறுவனத்தால் படிக்க முடியாததாக இருக்கலாம், இது நீண்ட கால பாதுகாப்பின் நோக்கத்தைத் தோற்கடிக்கும்.
• ஆற்றல் சமன்பாடு: படிக வளர்ச்சி மற்றும் லேசர் எழுதும் செயல்முறைகளின் அதிக ஆற்றல் நுகர்வு நீண்ட கால நன்மைகளுக்கு எதிராக எடைபோடப்பட வேண்டும். படிக சேமிப்பின் தீவிர ஆயுள் (ஒவ்வொரு சில வருடங்களுக்கும் தரவு இடம்பெயர்வு தேவையை நீக்குகிறது) மற்றும் GaN மின்னணுவியலின் செயல்திறன் ஆகியவை தொழில்நுட்பத்தின் வாழ்க்கைச் சுழற்சியில் நிகர ஆற்றல் சேமிப்பிற்கு வழிவகுக்கும் என்பதே வாக்குறுதியாகும்.

முடிவுரை: எதிர்காலத்தை உருவாக்குதல், ஒரு நேரத்தில் ஒரு அணு

படிகத் தொழில்நுட்பம் பொறியியலை நாம் அணுகும் விதத்தில் ஒரு அடிப்படை மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. இது வெறுமனே கூறுகளை ஒன்றிணைப்பதில் இருந்து விலகி, அந்தக் கூறுகள் தயாரிக்கப்படும் பொருட்களையே தீவிரமாக வடிவமைத்து உருவாக்குவதற்கான ஒரு நகர்வாகும். இது இயற்பியலாளர்கள், வேதியியலாளர்கள் மற்றும் பொறியியலாளர்கள் அணு மட்டத்தில் பொருளைக் கட்டுப்படுத்த ஒத்துழைக்கும் ஒரு துறையாகும், முன்னோடியில்லாத திறன்களைத் திறக்க அணுக்களை சரியான பின்னல்களில் வரிசைப்படுத்துகிறது.

உங்கள் உலகளாவிய தகவல்தொடர்புகளுக்கு சக்தி அளிக்கும் சிலிக்கான் வேஃபர் முதல் அதன் நேரத்தைக் காக்கும் குவார்ட்ஸ் படிகம் வரை, இந்த தொழில்நுட்பம் ஏற்கனவே நமது உலகில் கண்ணுக்குத் தெரியாமல் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளது. இப்போது, 5D தரவு சேமிப்பு, குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை ஃபோட்டானிக்ஸ் ஆகியவற்றில் நாம் திருப்புமுனைகளின் விளிம்பில் நிற்கும்போது, படிகத் தொழில்நுட்பத்தின் புலப்படும் தாக்கம் அதிவேகமாக வளர உள்ளது. மனித அறிவின் முழுமையையும் ஒரு படிகத்தில் சேமிக்கும் அறிவியல் புனைகதைக் கனவு இனி ஒரு கற்பனை அல்ல - இது உலகெங்கிலும் உள்ள ஆய்வகங்களில் தீர்க்கப்படும் ஒரு பொறியியல் சிக்கலாகும், ஒரு நேரத்தில் ஒரு கச்சிதமாக வைக்கப்பட்ட அணு.