Chip-scale atomic clock
एक चिप स्केल परमाणु घड़ी (सी. एस. ए. सी.) एक कॉम्पैक्ट, कम शक्ति वाली परमाणु घड़ी है जिसे माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एम. ई. एम. एस.) की तकनीकों का उपयोग करके बनाया जाता है और प्रकाश स्रोत के रूप में कम शक्ति वाले अर्धचालक लेजर को शामिल किया जाता है। 2001 में किए गए एक आविष्कार के आधार पर पहला सी. एस. ए. सी. भौतिकी पैकेज 2003 में एन. आई. एस. टी. में प्रदर्शित किया गया था। पोर्टेबल उपकरणों में उपयोग के लिए माइक्रोचिप के आकार की परमाणु घड़ी विकसित करने के लक्ष्य के साथ इस काम को अमेरिकी रक्षा विभाग की रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना एजेंसी (डीएआरपीए) द्वारा वित्त पोषित किया गया था। सैन्य उपकरणों में यह उम्मीद की जाती है कि जब वैश्विक स्थिति प्रणाली उपलब्ध नहीं होती है तो उतरने वाले सैनिकों के लिए बेहतर स्थान और युद्ध क्षेत्र स्थितिजन्य जागरूकता प्रदान की जाएगी, लेकिन कई नागरिक अनुप्रयोगों की भी कल्पना की गई है। इन परमाणु घड़ियों का वाणिज्यिक निर्माण 2011 में शुरू हुआ था। सी. एस. ए. सी., दुनिया की सबसे छोटी परमाणु घड़ी, आकार में 4 x 3.5 x 1 से. मी. (1.5 x 1.4 x 0.4 इंच) है, जिसका वजन 35 ग्राम है, केवल 115 मेगावाट बिजली की खपत करता है, और कई वर्षों के संचालन के बाद प्रति दिन 100 माइक्रोसेकंड के भीतर समय रख सकता है। 2019 में एन. आई. एस. टी. द्वारा रूबिडियम परमाणुओं के कंपन पर आधारित एक अधिक स्थिर डिजाइन का प्रदर्शन किया गया था। नए डिजाइन का अभी तक व्यावसायीकरण नहीं हुआ है। यह कैसे काम करता है अन्य सीज़ियम परमाणु घड़ियों की तरह, घड़ी सीज़ियम-133 के परमाणुओं में दो हाइपरफाइन ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉन स्पिन संक्रमण द्वारा उत्सर्जित एक सटीक 9.192631770 GHZ माइक्रोवेव संकेत द्वारा समय रखती है। एक प्रतिक्रिया तंत्र चिप पर एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर को इस आवृत्ति के लिए बंद रखता है, जिसे आउटपुट पिन को प्रदान किए गए 10 मेगाहर्ट्ज और 1 हर्ट्ज घड़ी संकेत देने के लिए डिजिटल काउंटरों द्वारा विभाजित किया जाता है। चिप पर, सिलिकॉन माइक्रो मशीनिंग तकनीकों का उपयोग करके निर्मित एक छोटे से 2 मिमी कैप्सूल में तरल धातु सीज़ियम को क्षारीय धातु को वाष्पित करने के लिए गर्म किया जाता है। एक अर्धचालक लेजर एक फोटोडिटेक्टर पर कैप्सूल के माध्यम से माइक्रोवेव ऑसिलेटर द्वारा संशोधित अवरक्त प्रकाश की एक किरण को चमकाता है। जब ऑसिलेटर संक्रमण की सटीक आवृत्ति पर होता है, तो सीज़ियम परमाणुओं का ऑप्टिकल अवशोषण कम हो जाता है, जिससे फोटोडिटेक्टर का उत्पादन बढ़ जाता है। ऑसिलेटर को सही आवृत्ति पर रखने के लिए फोटोडिटेक्टर के आउटपुट का उपयोग आवृत्ति बंद लूप सर्किट में प्रतिक्रिया के रूप में किया जाता है। विकास पारंपरिक वाष्प कोशिका परमाणु घड़ियाँ कार्ड के एक डेक के आकार की होती हैं, जो लगभग 10 वॉट विद्युत शक्ति की खपत करती हैं और इनकी लागत लगभग 3,000 डॉलर होती है। इन्हें अर्धचालक चिप के आकार तक सिकुड़ाने के लिए व्यापक विकास और कई सफलताओं की आवश्यकता थी। विकास का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उपकरण को डिजाइन करना था ताकि इसे जहां भी संभव हो मानक अर्धचालक निर्माण तकनीकों का उपयोग करके निर्मित किया जा सके, ताकि इसकी लागत को इतना कम रखा जा सके कि यह एक बड़े पैमाने पर बाजार उपकरण बन सके। पारंपरिक सीज़ियम घड़ियों में सीज़ियम युक्त कांच की नली का उपयोग किया जाता है, जिसे 1 सेमी से छोटा बनाना चुनौतीपूर्ण होता है। सी. एस. ए. सी. में, एम. ई. एम. एस. तकनीकों का उपयोग केवल 2 घन मिलीमीटर आकार का सीज़ियम कैप्सूल बनाने के लिए किया गया था। पारंपरिक परमाणु घड़ियों में प्रकाश स्रोत एक रूबिडियम परमाणु-वाष्प निर्वहन दीपक है, जो भारी था और बड़ी मात्रा में बिजली की खपत करता था। सी. एस. ए. सी. में इसे चिप पर निर्मित एक अवरक्त ऊर्ध्वाधर गुहा सतह उत्सर्जक लेजर (वी. सी. एस. ई. एल.) द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, जिसमें इसकी किरण ऊपर की ओर सीज़ियम कैप्सूल में विकिरणित होती है। एक अन्य प्रगति पारंपरिक घड़ियों में उपयोग की जाने वाली माइक्रोवेव गुहा का उन्मूलन था, जिसका आकार, माइक्रोवेव आवृत्ति की तरंग दैर्ध्य के बराबर, लगभग 3 सेमी, घड़ी के आकार की मौलिक निचली सीमा बनाता है। गुहा को एक क्वांटम तकनीक, सुसंगत जनसंख्या ट्रैपिंग के उपयोग से अनावश्यक बना दिया गया था। व्यावसायीकरण कम से कम एक कंपनी, माइक्रोसेमी, घड़ी के एक संस्करण का उत्पादन करती है। चिप संदर्भ परमाणु घड़ियों पर बाहरी लिंक एन. आई. एस. टी. इलेक्ट्रॉनिक परीक्षण उपकरण