Chip-scale atomic clock
একটি চিপ স্কেল পারমাণবিক ঘড়ি (সি. এস. এ. সি) হল একটি কমপ্যাক্ট, কম-শক্তির পারমাণবিক ঘড়ি যা মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিকাল সিস্টেমের (এম. ই. এম. এস) কৌশল ব্যবহার করে তৈরি করা হয় এবং আলোর উৎস হিসাবে একটি কম-শক্তির অর্ধপরিবাহী লেজারকে অন্তর্ভুক্ত করে। 2001 সালে করা একটি আবিষ্কারের উপর ভিত্তি করে 2003 সালে এনআইএসটি-তে প্রথম সিএসএসি পদার্থবিজ্ঞান প্যাকেজ প্রদর্শিত হয়েছিল। বহনযোগ্য সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহারের জন্য একটি মাইক্রোচিপ-আকারের পারমাণবিক ঘড়ি তৈরির লক্ষ্য নিয়ে মার্কিন প্রতিরক্ষা বিভাগের ডিফেন্স অ্যাডভান্সড রিসার্চ প্রজেক্টস এজেন্সি (ডিএআরপিএ) দ্বারা এই কাজের অর্থায়ন করা হয়েছিল। সামরিক সরঞ্জামের ক্ষেত্রে এটি গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম উপলব্ধ না থাকলে অবতরণকারী সৈন্যদের জন্য উন্নত অবস্থান এবং যুদ্ধক্ষেত্র পরিস্থিতিগত সচেতনতা প্রদান করবে বলে আশা করা হচ্ছে, তবে অনেক বেসামরিক প্রয়োগেরও কল্পনা করা হয়েছে। 2011 সালে এই পারমাণবিক ঘড়ির বাণিজ্যিক উৎপাদন শুরু হয়। সিএসএসি, বিশ্বের ক্ষুদ্রতম পারমাণবিক ঘড়ি, আকারে 4 x 3.5 x 1 সেমি (1.5 x 1.4 x 0.4 ইঞ্চি), ওজন 35 গ্রাম, মাত্র 115 মেগাওয়াট বিদ্যুৎ খরচ করে এবং কয়েক বছর কাজ করার পর প্রতিদিন 100 মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে সময় রাখতে পারে। রুবিডিয়াম পরমাণুর কম্পনের উপর ভিত্তি করে একটি আরও স্থিতিশীল নকশা 2019 সালে এনআইএসটি দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছিল। নতুন নকশাটি এখনও বাণিজ্যিকীকরণ করা হয়নি। এটি কীভাবে কাজ করে অন্যান্য সিজিয়াম পারমাণবিক ঘড়ির মতো, ঘড়িটি সিজিয়াম-133-এর পরমাণুতে দুটি হাইপারফাইন শক্তির স্তরের মধ্যে ইলেক্ট্রন স্পিন রূপান্তর দ্বারা নির্গত একটি সুনির্দিষ্ট 9.192631770 গিগাহার্টজ মাইক্রোওয়েভ সংকেত দ্বারা সময় রাখে। একটি প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া চিপের উপর একটি কোয়ার্টজ স্ফটিক দোলককে এই ফ্রিকোয়েন্সিতে লক করে রাখে, যা আউটপুট পিনগুলিকে প্রদত্ত 10 মেগাহার্টজ এবং 1 হার্জ ঘড়ির সংকেত দেওয়ার জন্য ডিজিটাল কাউন্টার দ্বারা বিভক্ত করা হয়। চিপের উপর, একটি ছোট 2 মিমি ক্যাপসুলের মধ্যে তরল ধাতব সিজিয়াম, যা সিলিকন মাইক্রোমেশিনিং কৌশল ব্যবহার করে তৈরি করা হয়, ক্ষার ধাতুটিকে বাষ্পীভূত করার জন্য উত্তপ্ত করা হয়। একটি অর্ধপরিবাহী লেজার মাইক্রোওয়েভ দোলক দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ইনফ্রারেড আলোর একটি রশ্মি ক্যাপসুলের মাধ্যমে একটি ফটোডিটেক্টরের উপর জ্বলজ্বল করে। দোলক যখন রূপান্তরের সুনির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে থাকে, তখন সিজিয়াম পরমাণুর আলোকীয় শোষণ হ্রাস পায়, যা ফটোডিটেক্টরের আউটপুট বাড়ায়। অসিলেটরকে সঠিক ফ্রিকোয়েন্সিতে রাখার জন্য ফ্রিকোয়েন্সি লকড লুপ সার্কিটে প্রতিক্রিয়া হিসাবে ফটোডিটেক্টরের আউটপুট ব্যবহার করা হয়। প্রচলিত বাষ্প কোষ পারমাণবিক ঘড়িগুলি প্রায় কার্ডের ডেকের আকারের হয়, প্রায় 10 ওয়াট বৈদ্যুতিক শক্তি খরচ করে এবং এর দাম প্রায় 3,000 ডলার। এগুলিকে সেমিকন্ডাক্টর চিপের আকারে সঙ্কুচিত করার জন্য ব্যাপক উন্নয়ন এবং বেশ কয়েকটি সাফল্যের প্রয়োজন ছিল। উন্নয়নের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ ছিল যন্ত্রটির নকশা তৈরি করা যাতে এটি যেখানে সম্ভব স্ট্যান্ডার্ড সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব্রিকেশন কৌশল ব্যবহার করে তৈরি করা যায়, যাতে এর খরচ এত কম থাকে যে এটি একটি গণ বাজারের যন্ত্র হয়ে উঠতে পারে। প্রচলিত সিজিয়াম ঘড়িতে সিজিয়ামযুক্ত একটি কাচের নল ব্যবহার করা হয়, যা 1 সেন্টিমিটারের চেয়ে ছোট করা চ্যালেঞ্জিং। সি. এস. এ. সি-তে, এম. ই. এম. এস কৌশলগুলি শুধুমাত্র 2 কিউবিক মিলিমিটার আকারের একটি সিজিয়াম ক্যাপসুল তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। প্রচলিত পারমাণবিক ঘড়িতে আলোর উৎস হল একটি রুবিডিয়াম পারমাণবিক-বাষ্প নিঃসরণ প্রদীপ, যা ভারী ছিল এবং প্রচুর পরিমাণে শক্তি খরচ করত। সি. এস. এ. সি-তে এটি চিপের উপর নির্মিত একটি ইনফ্রারেড উল্লম্ব গহ্বর পৃষ্ঠ নির্গমনকারী লেজার (ভি. সি. এস. ই. এল) দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছিল, যার মরীচি উপরের দিকে সিজিয়াম ক্যাপসুলের মধ্যে বিকিরণ করে। আরেকটি অগ্রগতি ছিল প্রচলিত ঘড়িতে ব্যবহৃত মাইক্রোওয়েভ গহ্বর অপসারণ, যার আকার, মাইক্রোওয়েভ ফ্রিকোয়েন্সির তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমান, প্রায় 3 সেমি, ঘড়ির আকারের মৌলিক নিম্ন সীমা গঠন করে। একটি কোয়ান্টাম কৌশল, সুসঙ্গত জনসংখ্যা ট্র্যাপিং ব্যবহার করে গহ্বরটিকে অপ্রয়োজনীয় করে তোলা হয়েছিল। বাণিজ্যিকীকরণ অন্তত একটি সংস্থা, মাইক্রোসেমি, ঘড়ির একটি সংস্করণ তৈরি করে। চিপ রেফারেন্স পারমাণবিক ঘড়িতে এন. আই. এস. টি-র বাহ্যিক সংযোগ বৈদ্যুতিন পরীক্ষার সরঞ্জাম