JNCASR விஞ்ஞானிகள் சிலிக்கான் சிப்பில் வடிவமைக்கப்பட்ட தடை வழியாக டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகளை 1 முதல் 3 சதவீத இழப்புடன் செலுத்தி, 100 Gbit/s வரை தரவைக் கடத்தினர்; 6G மின்சுற்றுகளை நோக்கிய ஒரு படி இது

பெங்களூருவில் உள்ள ஜவஹர்லால் நேரு மேம்பட்ட அறிவியல் ஆராய்ச்சி மையத்தின் (JNCASR) ஆய்வாளர்கள் ஒரு சிலிக்கான் சிப்பை உருவாக்கியுள்ளனர். அதில் டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் வேண்டுமென்றே வைக்கப்பட்ட தடையை சுமார் 1 முதல் 2 சதவீத இழப்புடன் கடக்கின்றன. வரிசையாக இரண்டாவது தடையை வைத்தால் இழப்பு சுமார் 2 முதல் 3 சதவீதம் ஆகிறது. மூன்று சோதனைச் சாதனங்களில் ஒன்றான, ஒரு கிளையில் தடை கொண்ட மின்திறன் பிரிப்பானில், அந்தச் சிப் வினாடிக்கு 100 ஜிகாபிட் வேகத்தில் தரவைக் கடத்தியது. JNCASR அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத் துறையின் (DST) கீழ் செயல்படும் தன்னாட்சி நிறுவனம். இந்த முடிவை 2026 நவம்பர் 4 அன்று பத்திரிகைத் தகவல் அலுவலகம் (PIB) வழியாக DST அறிவித்தது. இந்த ஆய்வு Advanced Materials இதழில் வெளியாகியுள்ளது.

சிப் என்ன செய்கிறது

மின்காந்த நிறமாலையில் டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் மைக்ரோவேவுக்கும் அகச்சிவப்பு ஒளிக்கும் இடையில் உள்ளன. அலைவரிசை அகலமாக இருப்பதால், எதிர்கால ஆறாம் தலைமுறை (6G) வயர்லெஸ் வலையமைப்புகள் இந்த அலைவரிசைகளைப் பயன்படுத்தும் என எதிர்பார்க்கப்படுவதாக PIB அறிவிப்பு கூறுகிறது. இத்தகைய அலைகளை சிறிய மின்சுற்றுக்குள் சுற்றி எடுத்துச் செல்வதுதான் கடினமான பகுதி: அலை வழிகாட்டியில் (அலையை வழிநடத்தும் பாதை) உள்ள வளைவுகள், சந்திப்புகள், திடீர் மாற்றங்கள் சமிக்ஞையின் ஒரு பகுதியைச் சிதறடிக்கின்றன அல்லது திருப்பி அனுப்புகின்றன.

அதே சிக்கலைத்தான் குழுவின் JNCASR ஆராய்ச்சிப் பக்கமும் விவரிக்கிறது; கூர்மையான வளைவுகள் அல்லது குறைபாடுகளில் ஏற்படும் எதிரொளிப்பு, சிதறல் இழப்புகளை சிப்பில் டெராஹெர்ட்ஸ் சாதனங்களுக்கான தடையாக அது பட்டியலிடுகிறது. குழுவின் தீர்வு இடவியல் ஒளியியல் (topological photonics). இது ஒளியியலின் ஒரு கிளை; வெவ்வேறு விதமாக அமைக்கப்பட்ட இரண்டு பகுதிகளுக்கு இடையிலான எல்லையில் பயணிக்கும் அலை, சில வகையான பின்சிதறலை எதிர்க்கும்.

முக்கோணத் துளைகளும், வடிவவியலால் ஆன ஒரு தடையும்

கிராஃபீனின் தேன்கூட்டுப் பின்னலைப் போன்ற அமைப்பில், ஒரு சிலிக்கான் தகட்டில் முக்கோணத் துளைகளை குழு செதுக்கியது. சற்றே வேறுபட்ட துளை அளவுகள் கொண்ட இரண்டு பகுதிகள் ஒரு எல்லையில் சந்திக்கின்றன; டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் அந்த எல்லையில் பயணிக்கின்றன. பிறகு அலை வழிகாட்டியின் ஒரு சிறிய நீளத்தில் துளைகளின் அளவை மாற்றி ஆய்வாளர்கள் தடையை உருவாக்கினர்.

இடவியல் அல்லாத வழக்கமான அலை வழிகாட்டியில் இது போன்ற தடை கடத்தலைக் குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைக்கிறது என PIB அறிவிப்பு கூறுகிறது. JNCASR சிப்பில், தடையின் வலிமை படிகத்தின் சிறப்பியல்பு இணைப்பு வலிமைக்குக் கீழே இருக்கும் வரை, கடத்தல் தடையற்ற நிலைக்கு அருகிலேயே இருந்தது. தடை முழுக்க முழுக்க துளை வடிவவியலால் அமைவதால், இதை ஒரு நடைமுறை வடிவமைப்பு விதி என்று அறிவிப்பு குறிப்பிடுகிறது.

அடிப்படையில் உள்ள விளைவை ஒரு படத் தலைப்பில் ஒளிசார் க்ளீன் சுரங்கப்பாதை விளைவு (photonic Klein tunnelling) என்று அறிவிப்பு பெயரிடுகிறது. சார்பியல் துகள்கள் உயரமான தடைகளைக் குறைவின்றிக் கடப்பதை இயற்பியலாளர்கள் க்ளீன் முரண்பாடு என்று அறிவார்கள்; கிராஃபீனின் சிறப்பான மின்கடத்தும் பண்புகளுக்கு அதுவே காரணம் என்று 2022 ஆம் ஆண்டு Physical Review Letters ஆய்வுக் கட்டுரை விவரிக்கிறது. ஒளிசார் இடவியல் மின்காப்புகளில் ஒளிக்கான ஒருவழி க்ளீன் சுரங்கப்பாதை விளைவை 2017 ஆம் ஆண்டு முன்பதிப்பு ஏற்கெனவே விவரித்திருந்தது; Physical Review Letters கட்டுரை, சிப்புக்குப் பதிலாக அணுக்களின் ஆவியைப் பயன்படுத்தி இரு பரிமாண ஒளிசார் அமைப்பில் முழுமையான க்ளீன் கடத்தலைப் பதிவு செய்தது.

மூன்று சாதனங்கள், மூன்று தரவு வேகங்கள்

மூன்று சாதனங்களும் உயர் மின்தடை சிலிக்கானில் உருவாக்கப்பட்டன; இது நிலைபெற்ற குறைகடத்தி உற்பத்தியுடன் இணக்கமானது என்று அறிவிப்பு விவரிக்கிறது. 310 முதல் 360 GHz வரையிலான அளவீடுகள் உருவகப்படுத்துதல்களுடன் நெருக்கமாகப் பொருந்தின. அறிவிப்பின்படி:

• வரிசையாக இரண்டு தடைகள்: அதிவேகத் தரவுச் சோதனையில் 48 Gbit/s.
• நான்கு கூர்மையான வளைவுகளும் நடுவில் ஒரு தடையும் கொண்ட ஒமேகா வடிவப் பாதை: 60 Gbit/s.
• இரண்டு கிளைகளில் ஒன்றில் தடை கொண்ட மின்திறன் பிரிப்பான்: QAM-32 பண்பேற்றத்தில் 100 Gbit/s. இது சமிக்ஞையின் வீச்சிலும் கட்டத்திலும் தகவலைக் குறியாக்கும் முறை.

பிரிப்பானில் இரண்டு வெளியீட்டுச் சமிக்ஞைகளும் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரி இருந்தன; தடை கடத்தலில் சிறிய தாக்கத்தையே ஏற்படுத்தியது என்பதற்கு இதை அறிவிப்பு சான்றாகக் கொள்கிறது. 100 Gbit/s வேகத்தில் 5 ஜிகாபைட் உயர்தரத் திரைப்படத்தை, கோட்பாட்டளவில், அரை வினாடிக்குள் மாற்ற முடியும் என்றும் அறிவிப்பு சேர்க்கிறது.

இதன் பின்னால் உள்ள ஆய்வகம்

ஆய்வுக்கு JNCASR உதவிப் பேராசிரியரும் அங்குள்ள மெட்டா ஆப்டிக்ஸ் ஆய்வகத்தின் தலைவருமான டாக்டர் அபிஷேக் குமார் தலைமை தாங்கினார். JNCASR இன் சமினா முல்லாவும் சங்கிராம் குமார் சாதுவும் இணை முதல் ஆசிரியர்கள். அறிவிப்பில் பெயர் குறிப்பிடப்பட்ட ஒத்துழைப்பாளர்கள் IISER கொல்கத்தா, IIT பம்பாய், சிங்கப்பூரின் A*STAR நிறுவனத்தின் நுண்மின்னணுவியல் நிறுவனம், பிரான்சின் லீல் பல்கலைக்கழகம், CNRS ஆகியவற்றைச் சேர்ந்தவர்கள்; அவர்களுடன் JNCASR இன் பிற ஆய்வாளர்களும் உள்ளனர்.

குமாரின் JNCASR சுயவிவரத்தின்படி, அவர் 2016 இல் IISER கொல்கத்தாவில் ஒருங்கிணைந்த BS-MS முடித்தார்; 2020 இல் சிங்கப்பூர் நன்யாங் தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகத்தில் இயற்பியல் மற்றும் பயன்பாட்டு இயற்பியலில் முனைவர் பட்டம் பெற்றார்; பின்னர் சிங்கப்பூரில் உள்ள Centre for Disruptive Photonic Technologies இல் 6G சாதனங்களுக்கான சிலிக்கான் இடவியல் டெராஹெர்ட்ஸ் ஒளியியலில் முனைவர் பட்ட மேல்ஆய்வு செய்தார். அவர் 2023 ஆகஸ்டில் JNCASR இல் சேர்ந்தார்.

புதிய சிப், சிலிக்கான் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆய்வுகளின் தொடர்ச்சியில் வருகிறது. 2019 ஆம் ஆண்டு யிஹாவோ யாங்கும் அவருடன் ஏழு இணை ஆசிரியர்களும் (அவர்களில் ரஞ்சன் சிங்) வெளியிட்ட முன்பதிப்பு, முழுவதும் சிலிக்கானால் ஆன சிப்களில் பள்ளத்தாக்கு முனைவுற்ற இடவியல் கடத்தலைப் பதிவு செய்தது; பத்து கூர்மையான மூலைகள் வழியாக முழுக் கடத்தலும், முறுக்கிய களச் சுவர் வழியாக 10 Gbit/s இல் பிழையற்ற தகவல் தொடர்பும் அதில் இருந்தன. 2022 இல் Nature Communications ஆய்வுக் கட்டுரையின் முதல் ஆசிரியராக குமார், ஒற்றைத் தடத்தில் 160 Gbit/s இணைப்பையும் சிலிக்கான் பன்முகப் பிரிப்பானையும் பதிவு செய்தார்; அதில் 40 Gbit/s சமிக்ஞைகள் பிரிக்கப்பட்டன, சுருக்கப்படாத உயர்தர வீடியோ நிகழ்நேரத்தில் ஒளிபரப்பப்பட்டது. அந்தக் கட்டுரையில் ஒத்துழைத்த லீல் பல்கலைக்கழகத்தின் PhLAM ஆய்வகம், Web of Science அதை hot paper என்று பட்டியலிடுவதாகவும், இயற்பியல் கட்டுரைகளில் முதல் 0.1 சதவீதத்தில் மேற்கோள் காட்டப்பட்டதாகவும் குறிப்பிடுகிறது. இடவியல் அலை வழிகாட்டிகளில் மெதுவான ஒளி பற்றிய 2024 ஆம் ஆண்டு Nature Communications கட்டுரையின் முதல் ஆசிரியரும் குமார்தான்.

6G இப்போது எங்கே, குழுவின் அடுத்த திட்டம் என்ன

அடுத்த தலைமுறையை சர்வதேச தொலைத்தொடர்பு ஒன்றியம் IMT-2030 என்று அழைக்கிறது. அதன் ரேடியோ தகவல் தொடர்பு ஆய்வுக் குழு, 100 GHz க்கு மேற்பட்ட அலைவரிசைகளில் மொபைல் தொழில்நுட்பத்தின் தொழில்நுட்பச் சாத்தியம் குறித்து 2024 மே மாதம் ஓர் அறிக்கையை வெளியிட்டது. 2026 நவம்பர் 6 நிலவரப்படி, வேட்பாளர் ரேடியோ தொழில்நுட்பங்களுக்கான முன்மொழிவுகள் 2027 பிப்ரவரி முதல் 2029 பிப்ரவரி வரை பெறப்படும் என்று அதன் பக்கம் கூறுகிறது. JNCASR இன் 310 முதல் 360 GHz அளவீடுகள், ITU அறிக்கை உள்ளடக்கும் 100 GHz க்கு மேற்பட்ட வரம்பில் அடங்குகின்றன. அதன் குறைந்தபட்சத் தேவைகள் நடைமுறைப் பயன்பாட்டில் உறுதியான செயல்திறனைக் குறிக்கவில்லை என்றும் ITU கூறுகிறது.

JNCASR முடிவு, சிப்களில் மின்சுற்று உறுப்புகளின் ஆய்வக நிரூபணமே தவிர, வலையமைப்பு அல்ல. 2026 அக்டோபரில் நடந்த இந்தியா மொபைல் காங்கிரஸில் பாரத் 6G கூட்டணியின் கருத்தரங்கு உட்பட, இந்தியாவின் சொந்த 6G பணிகள் வலையமைப்புகளையும் தரநிலைகளையும் உள்ளடக்குகின்றன. அந்த முயற்சியின் உறுப்பு நிலைப் பகுதியில் இந்தச் சிப் இருக்கிறது; சிலிக்கான் நிலைபெற்ற சிப் உற்பத்திக்குப் பொருந்தும் என்ற அறிவிப்பின் கருத்து, இந்தியாவின் குறைகடத்தி ஆலைப் போட்டியில் விவரிக்கப்பட்ட ஆலைகளுடன் இதை இணைக்கிறது. அளவிடப்பட்ட இழப்புகளும் தரவு வேகங்களும் வேறிடத்தில் மீண்டும் உறுதிசெய்யப்பட்டுள்ளனவா என்பதை அறிவிப்பு கூறவில்லை.

அறிவிப்பின்படி, குழுவின் அடுத்த படி தடைகளை மின்னியல், வெப்பவியல் அல்லது இயந்திரவியல் முறையில் சரிசெய்வது; இது ஒரு சாதனம் தேவைக்கேற்ப பாதைகளுக்கு இடையே சமிக்ஞைகளைத் திருப்பிவிட உதவக்கூடும். துளை வடிவவியலை மாற்றுவதால் மட்டுமே உருவாக்கப்பட்ட தடையை வினாடிக்கு 100 ஜிகாபிட் வேகத்தில் கடப்பது, இந்த விளைவு டெராஹெர்ட்ஸ் சிப்களுக்குப் பயனுள்ள வடிவமைப்புக் கருவியாக மாறக்கூடும் என்பதைக் காட்டுவதாக குமார் கூறியதாக அறிவிப்பு மேற்கோள் காட்டுகிறது.