Silicon carbide color centers
সিলিকন কার্বাইড রঙ কেন্দ্রগুলি সিলিকন কার্বাইডের স্ফটিক জালের বিন্দু ত্রুটি, যা রঙ কেন্দ্র হিসাবে পরিচিত। এই রঙ কেন্দ্রগুলির একাধিক ব্যবহার রয়েছে, যার মধ্যে কয়েকটি ফটোনিক্স, সেমিকন্ডাক্টর এবং কোয়ান্টাম অ্যাপ্লিকেশন যেমন মেট্রোলজি এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগে রয়েছে। উপাদানগুলির ত্রুটির প্রচুর প্রয়োগ রয়েছে, তবে সিলিকন কার্বাইডে ত্রুটি বা রঙ কেন্দ্রগুলি উল্লেখযোগ্য হওয়ার কারণ এই রঙ কেন্দ্রগুলির অনেক গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যের কারণে। একটি উপাদান হিসাবে সিলিকন কার্বাইডের দ্বিতীয়-ক্রমের অরৈখিকতা রয়েছে, পাশাপাশি আলোকীয় স্বচ্ছতা এবং কম দ্বি-ফোটন শোষণ রয়েছে। এটি সিলিকন কার্বাইডকে ন্যানোফ্যাব্রিকেশন, ইন্টিগ্রেটেড কোয়ান্টাম ফটোনিক্স এবং বড় আকারের ওয়েফারে কোয়ান্টাম সিস্টেম সহ অনেক কিছুর জন্য একটি বিকল্প প্ল্যাটফর্ম হিসাবে কার্যকর করে তোলে। সিলিকন কার্বাইড রঙ কেন্দ্র তৈরির জন্য মূলত তিনটি পদ্ধতি রয়েছে। তিনটি পদ্ধতি হল বৈদ্যুতিন বিকিরণ, আয়ন ইনজেকশন এবং ফেমটোসেকেন্ড লেজার লেখা। বৈদ্যুতিন বিকিরণ এই কৌশলটি অত্যন্ত আয়নিত একটি ইলেক্ট্রন রশ্মির কাছে উপাদানটিকে উন্মুক্ত করে কাজ করে। এটি উপাদানের ইলেকট্রনগুলিকে বন্ধ করে দেয়, যা রঙ কেন্দ্র (বা ত্রুটি) তৈরি করে। যাইহোক, এই প্রক্রিয়াটির জন্য প্রচুর পরিমাণে শক্তির প্রয়োজন হয়, যার মধ্যে 9এমইভি সাধারণত বেশিরভাগ উপাদানে শক্তির নিম্ন সীমা। আয়ন ইনজেকশন আয়ন ইনজেকশন সাধারণত অর্ধপরিবাহীকে ডোপ করতে ব্যবহৃত হয়, তবে এটি রঙ কেন্দ্র তৈরি করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি আয়ন প্রথমে একটি নির্দিষ্ট শক্তিতে ত্বরান্বিত হয়, সাধারণত এম. ই. ভি পরিসরে। এই আয়নটি তারপর উপাদানের মধ্যে ত্বরান্বিত হয়, যা তারপর আয়নটিকে উপাদানের মধ্যে স্থাপন করে, উপাদানের গঠন পরিবর্তন করে, যা একটি রঙ কেন্দ্র তৈরি করতে পারে। ফেমটোসেকেন্ড লেজার লিখন একটি অরৈখিক লেজার লেখার প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, উপযুক্ত বিচ্যুতি সংশোধনের পাশাপাশি, স্ফটিকের যে কোনও গভীরতায় ত্রুটি তৈরি করা যেতে পারে। এই প্রক্রিয়াটি স্পিন এবং অপটিক্যাল সঙ্গতির বৈশিষ্ট্য সংরক্ষণ করে। এটি যেভাবে কাজ করে তা ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়া থেকে মাল্টিপোটন আয়নীকরণ থেকে। ত্রুটি তৈরির এই পদ্ধতিটি কেবল সিলিকন কার্বাইডের ক্ষেত্রেই কাজ করে না, অন্যান্য উপকরণের ক্ষেত্রেও কাজ করতে পারে। ত্রুটিগুলির জন্য অন্যান্য ধরনের ফ্যাব্রিকেশন হল নিউট্রন বিকিরণ, প্রোটন বিকিরণ এবং ফোকাসড সি বিম। বর্তমানে, ব্যবহৃত শক্তি বা প্রক্রিয়াটির জটিলতা হ্রাস করার চেষ্টা করার জন্য জালিয়াতির নতুন পদ্ধতিগুলিও পরীক্ষা করা হচ্ছে। নতুন পদ্ধতিগুলির মধ্যে একটি হল ন্যানোসেকেন্ড লেজারের সাহায্যে লেজার লেখার পদ্ধতি ব্যবহার করার একটি নতুন পদ্ধতি। ত্রুটির প্রকার সিলিকন কার্বাইডে একাধিক ধরনের ত্রুটি রয়েছে, যার মধ্যে কয়েকটি নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছেঃ ভিএসআই (-) (টিভি1-টিভি3) ভিএসআইভিসি (0) ডিভি (0) কাই5 সিএভি (কার্বন অ্যান্টি-সাইট-ভ্যাকেন্সি পেয়ার) এসআইসি (ডি1) এনসিভিএসআই (-) ট্রানজিশন ধাতব রঙের কেন্দ্রঃ টিআই (0) সিআর3 + ভি (-), ভি (0) এমও (0) এর3 + গবেষণা টিভি1-এ কিউবিট হিসাবে করা হয়েছে, যা টিভি2-এর তুলনায় আরও ভাল স্পিন-ফোটন ইন্টারফেস সরবরাহ করে। তবে সম্প্রতি, কিউবিট হিসাবে ভিএসআই (-)-এর ভূমিকা সম্পূর্ণরূপে চিহ্নিত করা হয়েছে। অ্যাপ্লিকেশন ফটোনিক্স সম্প্রতি, সিলিকন কার্বাইডের এই রঙ কেন্দ্রগুলি অ-ধ্রুপদী আলোর উৎসগুলির জন্য অন্যতম সেরা একক-ফোটন নির্গমনকারী হয়ে ওঠার প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে। ঐতিহ্যগতভাবে, ক্ষীণ লেজারগুলি একক-ফোটন উৎসের বিকল্প। এটি কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফির জন্য কাজ করে, তবে এগুলি একটি আংশিক বিকল্প, এবং শেষ পর্যন্ত এটি একক-ফোটন উৎসের বিকল্প ছিল না কারণ তারা একক ফোটন তৈরি করে না। সাধারণত, একক ফোটন তৈরির দুটি প্রধান পদ্ধতি রয়েছেঃ স্বতঃস্ফূর্ত প্যারামেট্রিক ডাউন-রূপান্তর এবং এপিটাক্সিয়াল কোয়ান্টাম বিন্দু। স্বতঃস্ফূর্ত প্যারামেট্রিক ডাউন-কনভার্শনে, একক ফোটন প্রতি সেকেন্ডে 106 ফোটন হারে তৈরি করা যেতে পারে। এই পদ্ধতির অসুবিধা হল চাহিদা অনুযায়ী একক ফোটন তৈরি করার কোনও উপায় নেই। এর ফলে এই ধরনের প্রজন্মকে ব্যবহারিকভাবে ব্যবহার করা কঠিন হয়ে পড়ে। বৈদ্যুতিক পাম্পিংয়ের অধীনে রাখলে এপিটাক্সিয়াল কোয়ান্টাম বিন্দুগুলি ব্যতিক্রমীভাবে একক ফোটন তৈরি করতে দেখা যায়। তবে এটি খুব কম তাপমাত্রায় কাজ করে, যা এই প্রয়োগগুলিকে পরীক্ষাগুলিতে ব্যবহারিকভাবে করা কঠিন করে তোলে। সিলিকন কার্বাইড, হীরা এবং অন্যান্য সম্পর্কিত উপকরণের রঙ কেন্দ্রগুলি অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিক পাম্পিংয়ের অধীনে কাজ করতে পারে এমন উচ্চ তাপমাত্রার কারণে অন্যান্য দুটি ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতির চেয়ে বেশি ব্যবহারিক হবে। সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন কার্বাইড বর্তমানে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ব্যবহার করা হচ্ছে, কারণ এটি পরিপূরক ধাতু-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর সামঞ্জস্যপূর্ণ উপকরণ নামে পরিচিত উপকরণের একটি পরিবারের অন্তর্গত, পাশাপাশি উচ্চমানের একক স্ফটিক ওয়েফার তৈরিতে এর নির্ভরযোগ্যতা। যেহেতু সংজ্ঞা অনুসারে অর্ধপরিবাহীতে ইতিমধ্যে বিন্দু ত্রুটি রয়েছে, তাই কিছু একক-ফোটন উৎসের মতো উদ্দেশ্যে ব্যবহার করা যেতে পারে। সিলিকন কার্বাইড রঙ কেন্দ্রগুলির কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলি যখন একক ত্রুটি স্তরে অধ্যয়ন করা হয়, তখন একক নির্গমনকারীকে পৃথক করা যেতে পারে। এর ফলস্বরূপ, কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি প্রোটোকলের প্রয়োগের জন্য সিলিকন কার্বাইড রঙ কেন্দ্রগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে। এর একটি উদাহরণ ছিল 2014 সালে হীরায় নাইট্রোজেন-ভ্যাকেন্সি কেন্দ্রগুলির উপর একটি গবেষণা, যা সিলিকন কার্বাইডের রঙ কেন্দ্রগুলির অনুরূপ, যা হীরায় নাইট্রোজেন-ভ্যাকেন্সি কীভাবে রঙ কেন্দ্র ছিল সে সম্পর্কে অভিনব ফলাফল প্রদর্শন করেছিল, যা ফ্লুরোসেন্ট অমেধ্যও রয়েছে যার অনেকগুলি প্রয়োগ রয়েছে ইলেক্ট্রন ঘূর্ণন অবস্থা এবং একক ফোটন কোয়ান্টাম অবস্থার মধ্যে কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট ঘটে যখন দুটি শর্ত পূরণ হয়ঃ একক ফোটনের কোয়ান্টাম অবস্থা সিলিকন কার্বাইড রঙ কেন্দ্রের ইলেক্ট্রন ঘূর্ণন অবস্থার সাথে সম্পর্কযুক্ত হতে পারে এই পারস্পরিক সম্পর্ক রঙ কেন্দ্রগুলিতে নিকটবর্তী পারমাণবিক ঘূর্ণনে সংরক্ষণ করা সম্ভব এই কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক তৈরির অনুমতি দেয়, যা কোয়ান্টাম যোগাযোগ, কোয়ান্টাম মেমরি এবং মেট্রোলজির দিকে পরিচালিত করে। কোয়ান্টাম সেন্সিং যখন রঙ কেন্দ্রগুলিকে প্রথম উত্তেজিত অবস্থায় আনা হয়, তখন উত্তেজিত অবস্থা থেকে ভূগর্ভস্থ অবস্থায় ক্ষয় থেকে একটি ফোটন নির্গত হতে পারে। এই ফোটন তারপর স্থির এবং পরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্রের অন্যান্য উৎসের সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে। এর ফলস্বরূপ, স্পিন ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সি এবং সঙ্গতি সময় পরিবর্তিত হয়, যা তারপর এই প্রভাব কোয়ান্টাম সেন্সিংয়ে ব্যবহৃত হয়। হীরা রঙ কেন্দ্রগুলির সাথে তুলনা মূলত সিলিকন কার্বাইডের পরিবর্তে হীরা ব্যবহার করে বেশিরভাগ রঙ কেন্দ্র গবেষণা করা হয়েছিল। তুলনার জন্য, হীরার নাইট্রোজেন-ভ্যাকেন্সি-র কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্য সিলিকন কার্বাইডের ডাইভেকেন্সি-র অনুরূপ। ডায়মন্ডের শূন্যপদে সিলিকন কার্বাইডের তুলনায় আরও ভাল কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে সিলিকন কার্বাইড এবং এর রঙ কেন্দ্রগুলির অন্যতম প্রধান সুবিধা হল হীরার তুলনায় স্কেলিবিলিটি বৃদ্ধি এবং উৎপাদনের আরও বেশি স্বাচ্ছন্দ্য। উপরন্তু, সিলিকন কার্বাইড উৎপাদনে বিকিরণের সময় গ্রাফাইটাইজেশনের মতো জটিলতায় ভুগছে না যা হীরা রঙ কেন্দ্রের উৎপাদনের সময় সম্ভব। তথ্যসূত্র উইকিপিডিয়া স্টুডেন্ট প্রোগ্রাম ক্রিস্টালোগ্রাফিক ত্রুটি