स्व-झटके अल्ट्रालो पावर घनत्व पर क्रिस्टल को कांच में बदल देते हैं: अध्ययन | भारत समाचार

बेंगलुरु: आईआईएससी, यूनिवर्सिटी ऑफ पेंसिल्वेनिया स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंस (पेन इंजीनियरिंग) और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रक्रिया पर नई रोशनी डाली है। अनाकारीकरण – क्रिस्टलीय से कांच जैसी अवस्था में संक्रमण – नैनोस्केल पर।
नेचर में आज प्रकाशित निर्णायक सहयोगात्मक कार्य में, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि एक सामग्री को कहा जाता है इंडियम सेलेनाइड बहुत कम शक्ति का उपयोग करके खुद को क्रिस्टलीय से ग्लासी चरण में बदलने के लिए “झटका” दे सकता है।
“यह परिवर्तन सीडी और कंप्यूटर रैम जैसे उपकरणों में मेमोरी स्टोरेज के केंद्र में है। यह क्रिस्टल को कांच में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाने वाली पारंपरिक पिघल-बुझाने की प्रक्रिया की तुलना में एक अरब गुना कम बिजली की खपत करता है, ”आईआईएससी ने कहा।
यह इंगित करते हुए कि ग्लास ठोस पदार्थों की तरह व्यवहार करते हैं लेकिन परमाणुओं की विशिष्ट आवधिक व्यवस्था का अभाव है, शोधकर्ताओं ने कहा कि ग्लास बनाने के दौरान, एक क्रिस्टल को तरलीकृत (पिघला हुआ) किया जाता है और फिर ग्लास को बहुत अधिक व्यवस्थित होने से रोकने के लिए अचानक ठंडा (बुझाया) किया जाता है।
“…इस पिघलने-बुझाने की प्रक्रिया का उपयोग सीडी, डीवीडी और ब्लू-रे डिस्क में भी किया जाता है – डेटा लिखने के लिए क्रिस्टलीय सामग्री को ग्लासी चरण में बहुत तेज़ी से गर्म करने और बुझाने के लिए लेजर पल्स का उपयोग किया जाता है; प्रक्रिया को उलटने से डेटा मिट सकता है। कंप्यूटर चरण-परिवर्तन रैम नामक समान सामग्रियों का उपयोग करते हैं, जिसमें ग्लासी और क्रिस्टलीय राज्यों द्वारा प्रस्तावित प्रतिरोध के प्रकार – उच्च बनाम निम्न – के आधार पर जानकारी संग्रहीत की जाती है, ”आईआईएससी ने कहा।
हालाँकि, समस्या यह है कि ये उपकरण बहुत अधिक बिजली की खपत करते हैं, खासकर लेखन प्रक्रिया के दौरान। क्रिस्टल को 800oC से अधिक तापमान पर गर्म करने और अचानक ठंडा करने की आवश्यकता होती है। यदि मध्यवर्ती तरल चरण के बिना क्रिस्टल को सीधे ग्लास में परिवर्तित करने का कोई तरीका है, तो मेमोरी भंडारण के लिए आवश्यक शक्ति को काफी कम किया जा सकता है।
अध्ययन में, टीम ने पाया कि जब 2डी फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री इंडियम सेलेनाइड से बने तारों के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित किया गया, तो सामग्री का लंबा हिस्सा अचानक कांच में बदल जाता है।
“यह बेहद असामान्य था। मैंने वास्तव में सोचा था कि मैंने सामग्री को नुकसान पहुँचाया होगा। आम तौर पर, आपको किसी भी प्रकार के अनाकारीकरण को प्रेरित करने के लिए विद्युत दालों की आवश्यकता होगी, और यहां, एक निरंतर प्रवाह ने क्रिस्टलीय संरचना को बाधित कर दिया है, जो नहीं होना चाहिए था, ”पेन इंजीनियरिंग के पूर्व पीएचडी छात्र और पहले लेखकों में से एक गौरव मोदी कहते हैं। .
मोदी और पेन इंजीनियरिंग में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग (एमएसई) में श्रीनिवास रामानुजन के प्रतिष्ठित विद्वान रितेश अग्रवाल ने सेंटर फॉर नैनो साइंस एंड इंजीनियरिंग (सीईएनएसई), आईआईएससी में सहायक प्रोफेसर पवन नुकला और उनके पीएचडी छात्र शुभम पराते के साथ काम किया। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत परमाणु से माइक्रोमीटर लंबाई के पैमाने तक – इस प्रक्रिया को बारीकी से ट्रैक करें।
“पिछले कुछ वर्षों में, हमने यहां आईआईएससी में इन-सीटू माइक्रोस्कोपी टूल का एक सूट विकसित किया है। जब रितेश ने मुझे इस असामान्य अवलोकन के बारे में बताया, तो हमने फैसला किया कि अब इन उपकरणों का परीक्षण करने का समय आ गया है, ”नुकला बताते हैं।
टीम ने पाया कि जब सामग्री की 2डी परतों के समानांतर एक सतत धारा प्रवाहित की जाती है, तो परतें अलग-अलग दिशाओं में एक-दूसरे के खिलाफ स्लाइड करती हैं। यह कई डोमेन के निर्माण का कारण बनता है – एक विशिष्ट द्विध्रुवीय क्षण के साथ छोटे पॉकेट – डोमेन को अलग करने वाले दोषपूर्ण क्षेत्रों से बंधे होते हैं। जब कई दोष एक छोटे नैनोस्कोपिक क्षेत्र में एक दूसरे को काटते हैं, जैसे दीवार में बहुत सारे छेद किए जाते हैं, तो क्रिस्टल की संरचनात्मक अखंडता स्थानीय स्तर पर कांच बनाने के लिए ढह जाती है।
ये डोमेन सीमाएँ टेक्टोनिक प्लेटों की तरह हैं। वे विद्युत क्षेत्र के साथ चलते हैं, और जब वे एक-दूसरे से टकराते हैं, तो भूकंप के समान यांत्रिक (और विद्युत) झटके उत्पन्न होते हैं। यह भूकंप एक हिमस्खलन प्रभाव को ट्रिगर करता है, जिससे भूकंप के केंद्र से बहुत दूर गड़बड़ी पैदा होती है, अधिक डोमेन सीमाएं बनती हैं और परिणामस्वरूप ग्लासी क्षेत्र बनते हैं, जो बदले में अधिक भूकंप उत्पन्न करते हैं। जब पूरी सामग्री कांच (लंबी दूरी की अनाकारीकरण) में बदल जाती है तो हिमस्खलन रुक जाता है।
पहले लेखकों में से एक पारेट कहते हैं, “इन सभी कारकों को एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में अलग-अलग लंबाई के पैमाने पर जीवन में आते और एक साथ खेलते देखना रोंगटे खड़े कर देने वाली बात है।”
नुकाला बताते हैं कि इंडियम सेलेनाइड के कई अद्वितीय गुण – इसकी 2डी संरचना, फेरोइलेक्ट्रिसिटी और पीजोइलेक्ट्रिसिटी – सभी एक साथ मिलकर इस अल्ट्रालो ऊर्जा मार्ग को झटके के माध्यम से अनाकारीकरण के लिए अनुमति देते हैं। उन्होंने आगे कहा, “हम इन उपकरणों को सीएमओएस प्लेटफॉर्म पर एकीकृत करने के लिए इसे अगले स्तर तक ले जाने जा रहे हैं।”
अग्रवाल कहते हैं, “चरण-परिवर्तन मेमोरी (पीसीएम) उपकरणों के व्यापक उपयोग तक नहीं पहुंचने का एक कारण आवश्यक ऊर्जा है।” इस तरह की प्रगति पीसीएम अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को अनलॉक कर सकती है जो सेल फोन से लेकर कंप्यूटर तक उपकरणों में डेटा भंडारण को बदल सकती है।