JNCASR के वैज्ञानिकों ने सिलिकॉन चिप पर बने एक इंजीनियर्ड अवरोध के पार टेराहर्ट्ज़ तरंगें 1 से 3 प्रतिशत हानि के साथ गुज़ारीं और 100 Gbit/s तक डेटा पहुँचाया, जो 6G सर्किट की ओर एक क़दम है

चित्रण: tuput

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बेंगलुरु के जवाहरलाल नेहरू सेंटर फ़ॉर एडवांस्ड साइंटिफ़िक रिसर्च (JNCASR) की एक टीम ने सिलिकॉन का एक फ़ोटोनिक क्रिस्टल बनाया है, जिस पर टेराहर्ट्ज़ संकेत जान-बूझकर रखे गए अवरोध को लगभग 1 से 2 प्रतिशत हानि के साथ पार करते हैं। विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग ने 4 नवंबर 2026 को यह नतीजा घोषित किया, जिसमें तीन परीक्षण उपकरणों में से एक पर डेटा दर 100 Gbit/s रही।

tuput संपादकीय टीम · 6 नवंबर 2026 · 6 मिनट का पठन

बेंगलुरु के जवाहरलाल नेहरू सेंटर फ़ॉर एडवांस्ड साइंटिफ़िक रिसर्च (JNCASR) के शोधकर्ताओं ने एक सिलिकॉन चिप बनाई है, जिस पर टेराहर्ट्ज़ तरंगें जान-बूझकर रखे गए अवरोध को लगभग 1 से 2 प्रतिशत हानि के साथ पार करती हैं। क्रम में दूसरा अवरोध जोड़ने पर हानि लगभग 2 से 3 प्रतिशत हो जाती है। तीन परीक्षण उपकरणों में से एक पर, यानी ऐसे पावर स्प्लिटर पर जिसकी एक शाखा में अवरोध था, चिप ने 100 गीगाबिट प्रति सेकंड की रफ़्तार से डेटा पहुँचाया। JNCASR विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) का स्वायत्त संस्थान है, और विभाग ने 4 नवंबर 2026 को प्रेस सूचना ब्यूरो के ज़रिये यह नतीजा घोषित किया। काम एडवांस्ड मैटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित हुआ है।

चिप क्या करती है

टेराहर्ट्ज़ तरंगें स्पेक्ट्रम में माइक्रोवेव और इन्फ्रारेड प्रकाश के बीच आती हैं। पीआईबी की विज्ञप्ति के अनुसार भविष्य के छठी पीढ़ी (6G) के वायरलेस नेटवर्कों में इन्हीं आवृत्तियों के इस्तेमाल की उम्मीद है, क्योंकि ये चौड़ा बैंडविड्थ देती हैं। मुश्किल यह है कि ऐसी तरंगों को एक छोटे सर्किट के भीतर घुमाया कैसे जाए: वेवगाइड (तरंग को राह दिखाने वाली नलिका) में मोड़, जोड़ और अचानक बदलाव संकेत के एक हिस्से को बिखेर देते हैं या लौटा देते हैं।

समूह का अपना JNCASR शोध पृष्ठ यही समस्या बताता है और चिप पर टेराहर्ट्ज़ उपकरणों की राह में तीखे मोड़ों या दोषों पर होने वाली परावर्तन और प्रकीर्णन हानि को बाधा गिनाता है। समूह का जवाब टोपोलॉजिकल फ़ोटोनिक्स है, ऑप्टिक्स की वह शाखा जिसमें दो अलग ढंग से बने क्षेत्रों की सीमा के साथ चलने वाली तरंग कुछ तरह के पश्च-प्रकीर्णन के आगे टिकी रहती है।

तिकोने छेद और ज्यामिति से बना अवरोध

टीम ने सिलिकॉन की एक पट्टी में तिकोने छेद उकेरे, ऐसे पैटर्न में जो ग्रैफ़ीन की मधुमक्खी-छत्ते जैसी जालक की नक़ल करता है। छेदों के थोड़े अलग आकार वाले दो क्षेत्र एक सीमा पर मिलते हैं, और टेराहर्ट्ज़ तरंगें उसी सीमा के साथ चलती हैं। फिर शोधकर्ताओं ने वेवगाइड के एक छोटे हिस्से में छेदों के आकार बदलकर अवरोध बनाया।

पीआईबी की विज्ञप्ति के अनुसार, ग़ैर-टोपोलॉजिकल परंपरागत वेवगाइड में तुलनात्मक अवरोध संचरण को काफ़ी घटा देता है। JNCASR की चिप पर संचरण अपने अवरोध-रहित स्तर के क़रीब रहा, जब तक अवरोध की ताक़त क्रिस्टल की एक विशिष्ट युग्मन-ताक़त से नीचे रही। अवरोध पूरी तरह छेदों की ज्यामिति से तय होता है, इसलिए विज्ञप्ति इसे एक व्यावहारिक डिज़ाइन नियम कहती है।

विज्ञप्ति एक चित्र के कैप्शन में इस मूल प्रभाव को फ़ोटोनिक क्लाइन टनलिंग नाम देती है। भौतिक विज्ञानी क्लाइन विरोधाभास को आपेक्षिकीय कणों के ऊँचे अवरोधों के आर-पार पूरे गुज़र जाने के रूप में जानते हैं, और फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स में 2022 का एक शोधपत्र इसे ग्रैफ़ीन के असाधारण चालन-गुणों का कारण बताता है। 2017 के एक प्रीप्रिंट ने फ़ोटोनिक टोपोलॉजिकल इंसुलेटरों में प्रकाश के लिए एकतरफ़ा क्लाइन टनलिंग का वर्णन पहले ही कर दिया था, और फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स वाले शोधपत्र ने चिप की जगह परमाणुओं की वाष्प का इस्तेमाल करके एक द्विआयामी फ़ोटोनिक प्रणाली में पूर्ण क्लाइन संचरण दर्ज किया था।

तीन उपकरण, तीन डेटा दरें

तीनों उपकरण उच्च-प्रतिरोधकता वाले सिलिकॉन पर बनाए गए, जिसे विज्ञप्ति स्थापित सेमीकंडक्टर निर्माण के अनुकूल बताती है। 310 से 360 GHz के बीच के माप सिमुलेशन से बारीकी से मेल खाए। विज्ञप्ति के अनुसार:

क्रम में दो अवरोध: तेज़ डेटा परीक्षण में 48 Gbit/s।
चार तीखे मोड़ों और बीच में एक अवरोध वाला ओमेगा-आकार का रास्ता: 60 Gbit/s।
पावर स्प्लिटर, जिसकी दो शाखाओं में से एक में अवरोध था: QAM-32 मॉडुलन से 100 Gbit/s, ऐसी योजना जो जानकारी को संकेत के आयाम और कला में कूटबद्ध करती है।

स्प्लिटर में दोनों निर्गम संकेत लगभग एक जैसे थे, जिसे विज्ञप्ति इस बात का प्रमाण मानती है कि अवरोध का संचरण पर बहुत कम असर पड़ा। विज्ञप्ति जोड़ती है कि 100 Gbit/s पर 5 गीगाबाइट की एक हाई-डेफ़िनिशन फ़िल्म सिद्धांत रूप में आधे सेकंड से कम में भेजी जा सकती है।

इसके पीछे की प्रयोगशाला

अध्ययन का नेतृत्व JNCASR के असिस्टेंट प्रोफ़ेसर डॉ. अभिषेक कुमार ने किया, जो वहाँ की मेटा ऑप्टिक्स प्रयोगशाला के प्रमुख हैं। JNCASR की समीना मुल्ला और संग्राम कुमार साधु संयुक्त प्रथम लेखक हैं। विज्ञप्ति में नामित सहयोगी IISER कोलकाता, IIT बॉम्बे, सिंगापुर में A*STAR के इंस्टीट्यूट ऑफ़ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स और फ़्रांस के लील विश्वविद्यालय तथा CNRS से हैं, और साथ में JNCASR के अन्य शोधकर्ता भी।

कुमार के JNCASR प्रोफ़ाइल के अनुसार उन्होंने IISER कोलकाता से 2016 में इंटीग्रेटेड BS-MS पूरा किया, 2020 में सिंगापुर के नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी से भौतिकी और अनुप्रयुक्त भौतिकी में पीएचडी की, और 6G उपकरणों के लिए सिलिकॉन टोपोलॉजिकल टेराहर्ट्ज़ फ़ोटोनिक्स पर सिंगापुर के सेंटर फ़ॉर डिसरप्टिव फ़ोटोनिक टेक्नोलॉजीज़ में पोस्टडॉक्टरल काम किया। वे अगस्त 2023 में JNCASR से जुड़े।

नई चिप सिलिकॉन टेराहर्ट्ज़ काम की एक कड़ी में आती है। यीहाओ यांग और सात सह-लेखकों के 2019 के एक प्रीप्रिंट ने, जिनमें रंजन सिंह भी थे, पूर्ण-सिलिकॉन चिपों पर वैली-ध्रुवित टोपोलॉजिकल परिवहन दर्ज किया था, जिसमें दस तीखे कोनों से पूरा संचरण हुआ और एक मुड़ी हुई डोमेन-दीवार से 10 Gbit/s पर त्रुटि-रहित संचार हुआ। 2022 में कुमार नेचर कम्युनिकेशंस के एक शोधपत्र के प्रथम लेखक थे, जिसमें एकल-चैनल 160 Gbit/s कड़ी और एक सिलिकॉन डीमल्टीप्लेक्सर की जानकारी थी, जिसमें 40 Gbit/s के संकेत अलग किए गए और बिना संपीड़न की हाई-डेफ़िनिशन वीडियो वास्तविक समय में स्ट्रीम की गई। उस शोधपत्र के सहयोगी लील विश्वविद्यालय की PhLAM प्रयोगशाला ने नोट किया है कि वेब ऑफ़ साइंस उसे हॉट पेपर के रूप में सूचीबद्ध करता है, यानी भौतिकी के शीर्ष 0.1 प्रतिशत शोधपत्रों में उसके उद्धरण हैं। कुमार 2024 में नेचर कम्युनिकेशंस के एक और शोधपत्र के भी प्रथम लेखक रहे, जो टोपोलॉजिकल वेवगाइडों में धीमे प्रकाश पर था।

6G कहाँ खड़ा है और टीम आगे क्या चाहती है

अंतरराष्ट्रीय दूरसंचार संघ अगली पीढ़ी को IMT-2030 कहता है। उसके रेडियोसंचार अध्ययन समूह ने मई 2024 में 100 GHz से ऊपर के बैंडों में मोबाइल तकनीक की तकनीकी व्यवहार्यता पर एक रिपोर्ट प्रकाशित की, और 6 नवंबर 2026 तक उसके पृष्ठ के अनुसार उम्मीदवार रेडियो तकनीकों के प्रस्ताव फ़रवरी 2027 से फ़रवरी 2029 तक लिए जाएँगे। JNCASR के 310 से 360 GHz के माप उसी 100 GHz से ऊपर के दायरे में आते हैं जिसे ITU की रिपोर्ट कवर करती है। ITU यह भी कहता है कि उसकी न्यूनतम अपेक्षाएँ वास्तविक तैनाती के प्रदर्शन की गारंटी नहीं हैं।

JNCASR का नतीजा चिपों पर सर्किट-घटकों का प्रयोगशाला-प्रदर्शन है, नेटवर्क नहीं। भारत का अपना 6G काम, जिसमें अक्टूबर 2026 की इंडिया मोबाइल कांग्रेस में भारत 6G अलायंस का संगोष्ठी-सत्र भी शामिल है, नेटवर्क और मानकों को कवर करता है। यह चिप उस प्रयास के घटक वाले सिरे पर बैठती है, और विज्ञप्ति की यह बात कि सिलिकॉन स्थापित चिप-निर्माण के अनुकूल है, इसे उन कारख़ानों से जोड़ती है जिनका ज़िक्र भारत की सेमीकंडक्टर फ़ैब दौड़ में है। विज्ञप्ति यह नहीं बताती कि मापी गई हानियाँ और डेटा दरें कहीं और दोहराई गई हैं या नहीं।

विज्ञप्ति के अनुसार टीम का अगला क़दम अवरोधों को विद्युत, ऊष्मीय या यांत्रिक ढंग से ट्यून करना है, जिससे एक ही उपकरण माँग पर संकेतों को रास्तों के बीच मोड़ सकता है। विज्ञप्ति में कुमार के हवाले से कहा गया है कि 100 गीगाबिट प्रति सेकंड पर, महज़ छेदों की ज्यामिति बदलकर बनाए गए अवरोध को पार कर लेना इस बात का संकेत है कि यह प्रभाव टेराहर्ट्ज़ चिपों के लिए एक उपयोगी डिज़ाइन औज़ार बन सकता है।

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