Chip-scale atomic clock
چپ اسکیل ایٹمک کلاک (سی ایس اے سی) ایک کمپیکٹ، کم طاقت والی ایٹمک کلاک ہے جو مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز (ایم ای ایم ایس) کی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے بنائی گئی ہے اور روشنی کے ذریعہ کے طور پر کم طاقت والے سیمی کنڈکٹر لیزر کو شامل کرتی ہے۔ پہلا سی ایس اے سی فزکس پیکج 2003 میں این آئی ایس ٹی میں دکھایا گیا تھا، جو 2001 میں کی گئی ایک ایجاد پر مبنی تھا۔ اس کام کی مالی اعانت امریکی محکمہ دفاع کی ڈیفنس ایڈوانسڈ ریسرچ پروجیکٹس ایجنسی (ڈی اے آر پی اے) نے کی تھی جس کا مقصد پورٹیبل آلات میں استعمال کے لیے مائیکروچپ کے سائز کی جوہری گھڑی تیار کرنا تھا۔ فوجی سازوسامان میں توقع کی جاتی ہے کہ جب عالمی پوزیشننگ سسٹم دستیاب نہ ہو تو اس سے اتارے گئے فوجیوں کے لیے بہتر لوکیشن اور جنگی جگہ کی صورتحال سے متعلق آگاہی فراہم ہوگی، لیکن بہت سے سویلین ایپلی کیشنز کا بھی تصور کیا گیا ہے۔ ان جوہری گھڑیوں کی تجارتی تیاری 2011 میں شروع ہوئی۔ سی ایس اے سی، دنیا کی سب سے چھوٹی جوہری گھڑی، سائز میں 4 x 3.5 x 1 سینٹی میٹر (1.5 x 1.4 x 0.4 انچ) ہے، جس کا وزن 35 گرام ہے، صرف 115 میگاواٹ بجلی استعمال کرتا ہے، اور کئی سالوں کے آپریشن کے بعد فی دن 100 مائیکرو سیکنڈ کے اندر وقت رکھ سکتا ہے۔ روبیڈیم ایٹموں کے کمپن پر مبنی ایک زیادہ مستحکم ڈیزائن کا مظاہرہ این آئی ایس ٹی نے 2019 میں کیا تھا۔ نئے ڈیزائن کو ابھی تجارتی بنانا باقی ہے۔ یہ کیسے کام کرتا ہے دیگر سیزیم جوہری گھڑیوں کی طرح، گھڑی سیزیم-133 کے ایٹموں میں دو ہائپر فائن توانائی کی سطحوں کے درمیان الیکٹران اسپن ٹرانزیشن کے ذریعے خارج ہونے والے عین مطابق 9.192631770 GHZ مائکروویو سگنل کے ذریعے وقت کو برقرار رکھتی ہے۔ فیڈ بیک میکانزم چپ پر ایک کوارٹج کرسٹل آسکیلیٹر کو اس فریکوئنسی پر بند رکھتا ہے، جسے آؤٹ پٹ پنوں کو فراہم کردہ 10 میگاہرٹز اور 1 ہرٹز کلاک سگنلز دینے کے لیے ڈیجیٹل کاؤنٹرز کے ذریعے تقسیم کیا جاتا ہے۔ چپ پر، مائع دھاتی سیزیم کو ایک چھوٹے سے 2 ملی میٹر کیپسول میں، سلکان مائکرو مشیننگ تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جاتا ہے، الکالی دھات کو بخارات بنانے کے لیے گرم کیا جاتا ہے۔ ایک سیمی کنڈکٹر لیزر ایک فوٹو ڈیٹیکٹر پر کیپسول کے ذریعے مائکروویو آسکیلیٹر کے ذریعے ماڈیول شدہ اورکت روشنی کی بیم کو چمکاتا ہے۔ جب آسکیلیٹر منتقلی کی عین تعدد پر ہوتا ہے، تو سیزیم ایٹموں کا نظری جذب کم ہو جاتا ہے، جس سے فوٹو ڈیٹیکٹر کی پیداوار میں اضافہ ہوتا ہے۔ آکسیلیٹر کو صحیح فریکوئنسی پر رکھنے کے لیے فریکوئنسی لاکڈ لوپ سرکٹ میں فوٹو ڈیٹیکٹر کی آؤٹ پٹ کو فیڈ بیک کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ روایتی بخارات سیل جوہری گھڑیاں کارڈ کے ڈیک کے سائز کے بارے میں ہوتی ہیں، تقریبا 10 واٹ بجلی استعمال کرتی ہیں اور اس کی لاگت تقریبا 3,000 ڈالر ہوتی ہے۔ ان کو سیمی کنڈکٹر چپ کے سائز تک سکڑنے کے لیے وسیع تر ترقی اور کئی کامیابیوں کی ضرورت تھی۔ ترقی کا ایک اہم حصہ ڈیوائس کو ڈیزائن کرنا تھا تاکہ اسے جہاں ممکن ہو معیاری سیمی کنڈکٹر من گھڑت تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جا سکے، تاکہ اس کی لاگت کو اتنا کم رکھا جا سکے کہ یہ بڑے پیمانے پر مارکیٹ کا آلہ بن سکے۔ روایتی سیزیم گھڑیاں سیزیم پر مشتمل شیشے کی ٹیوب کا استعمال کرتی ہیں، جنہیں 1 سینٹی میٹر سے چھوٹا بنانا مشکل ہوتا ہے۔ سی ایس اے سی میں، ایم ای ایم ایس تکنیک کا استعمال سیزیم کیپسول بنانے کے لیے کیا گیا تھا جس کا سائز صرف 2 کیوبک ملی میٹر تھا۔ روایتی جوہری گھڑیوں میں روشنی کا ذریعہ روبیڈیم جوہری بخارات سے خارج ہونے والا لیمپ ہے، جو بڑا تھا اور بڑی مقدار میں بجلی استعمال کرتا تھا۔ سی ایس اے سی میں اس کی جگہ چپ پر بنے ہوئے اورکت عمودی گہا کی سطح خارج کرنے والے لیزر (وی سی ایس ای ایل) نے لے لی، جس کی بیم اوپر کی طرف سیزیم کیپسول میں پھیلتی ہے۔ ایک اور پیش رفت روایتی گھڑیوں میں استعمال ہونے والے مائکروویو کیوٹی کا خاتمہ تھا، جس کا سائز، مائکروویو فریکوئنسی کی طول موج کے برابر، تقریبا 3 سینٹی میٹر، گھڑی کے سائز کی بنیادی نچلی حد بناتا ہے۔ کیویٹی کو کوانٹم تکنیک، مربوط آبادی ٹریپنگ کے استعمال سے غیر ضروری بنا دیا گیا تھا۔ تجارتی کاری کم از کم ایک کمپنی، مائکروسیمی، گھڑی کا ایک ورژن تیار کرتی ہے۔ چپ حوالہ جات پر بیرونی روابط این آئی ایس ٹی جوہری گھڑیاں الیکٹرانک ٹیسٹ کا سامان