இரு பரிமாணப் பொருட்களும் அதிவேக கணினிகளும்

சுகுபா பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகள் மற்றும் உயர் அழுத்த இயற்பியல் நிறுவனத்தின் விஞ்ஞானி ஒருவர் மாலிப்டினம் டை சல்பைடால் தயாரிக்கப்பட்ட டிரான்சிஸ்டரில் நகரும் மின்னணு சுழல்களைக் (spin) கண்டுபிடித்து ள்ளார். இந்த ஆராய்ச்சி, எலக்ட்ரான்களின் இயற்கையான காந்த விசையை பயன்படுத்தும் அதிவேக கணினிகள் உருவாக்க பயன்படும்.

சுழல் மின்னணுவியல் (Spintronics) என்பது ஒடுக்கப்பட்ட பருப்பொருள்களின் இயற்பியல் (Condensed matter physics) இது இயற்பியலில் ஒரு புதிய பகுதி. இது எலக்ட்ரான்களின் உள்ளார்ந்த காந்த குணங்களை பயன்படுத்துகிறது. அது ‘சுழல்’ என அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் கணக்கீடுகளை செய்ய பயன்படுகிறது. எலக்ட்ரான் மின்னூட்டத்தை மட்டுமே நம்பியுள்ள அனைத்து மின்னணுவியல் சாதனங்களுக்கும் இது ஒரு பெரிய முன்னேற்றமாக இருக்கும். இருப்பினும், இந்த சுழல்களைக் கண்டறிவது கடினம், மற்றும் சுழல்-துருவமுனையாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் மாற்றத்தை ஆதரிக்கக்கூடிய பொருட்கள் குறித்து பல அறியப்படாத விஷயங்களும் உள்ளன.

சுகுபா பல்கலைக்கழகத்தின், பொருளறிவியல் பிரிவு தலைமையிலான ஒரு சர்வதேச ஆராய்ச்சி குழு வெற்றிகரமாக எலக்ட்ரான் சுழல் அதிர்வு (ESR-Electron Spin Resonance)-ஐப் பயன்படுத்தி, ஒரு மாலிப்டினம் டை சல்பைட் டிரான்சிஸ்டர் மூலம், இணைக்கப்படாத சுழல்களின் எண்ணிக்கையையும், இருப்பிடத்தையும் கண்காணிக்கிறது. மருத்துவ படங்களை உருவாக்கும் MRI (Magnetic Resonance Imaging) இயந்திரங்களைப் போலவே இயற்பியல் கொள்கைகளை உருவாக்க ESR பயன்படுத்துகிறது.

“ESR சைகைகள் வடிகால் (Drain) மற்றும் வாயில்(Gate) மின்னோட்டங்களுடன் ஒரே நேரத்தில் அளவிடப்பட்டன,” என்று இந்த ஆராய்ச்சியில் பங்கேற்ற பேராசிரியர் கசுஹிரோ மருமோட்டோ கூறுகிறார். “கோட்பாட்டு கணக்கீடுகள் சுழல்களின் தோற்றத்தை மேலும் அடையாளம் கண்டுள்ளன” என்று இணை பேராசிரியர் மாகோர்சாட்டா வியர்ஸ்போவ்ஸ்கா கூறுகிறார். மாலிப்டினம் டை சல்பைடு அணுக்கள் இயற்கையாகவே தட்டையான இரு பரிமாண கட்டமைப்பை உருவாக்குகின்றன. எனவே மாலிப்டினம் டை சல்பைடு இங்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. மாலிப்டினம் அணுக்கள் சல்பைட் அயனிகளின் அடுக்குடன் மேலே மற்றும் கீழே ஒரு தளத்தை உருவாக்குகின்றன.

சுழற்சிகளை உருவாக்க n-வகை மாசூட்டுதல் முக்கியம். மேலும் செயல்பாட்டில் கூடுதல் எலக்ட்ரான்களுடன் கணினியை மின்னூட்டம் செய்வது இன்றியமையாதது என்று குழு கண்டறிந்தது. “பிற இருபரிமாண பொருட்களின் முந்தைய வேலைக்கு மாறாக, n-வகை மாசூட்டல் மின்னணு சுழல்களின் சிறந்த கட்டுப்பாட்டை அடைய எங்களுக்கு வழிவகுத்தது” என்று பேராசிரியர்கள் மருமோட்டோ மற்றும் வியர்ஸ்போவ்ஸ்கா விளக்குகிறார்கள். எதிர்கால நுகர்வோர் தயாரிப்புகளை நோக்கி தொழில்நுட்பம் முன்னேறும்போது மாலிப்டினம் டை சல்பைடு சுழல் சாதனங்கள் முக்கியமானவையாக இருக்கும் என்று விஞ்ஞானிகள் நம்புகின்றனர்.

References:

1. Atherton, N. M., Davies, M. J., & Gilbert, B. C. (1994). Electron spin resonance (Vol. 14). Royal Society of Chemistry.
2. Poole, C. P. (1996). Electron spin resonance: a comprehensive treatise on experimental techniques.
3. Yin, Y., Han, J., Zhang, Y., Zhang, X., Xu, P., Yuan, Q., … & Jin, S. (2016). Contributions of phase, sulfur vacancies, and edges to the hydrogen evolution reaction catalytic activity of porous molybdenum disulfide nanosheets. Journal of the American Chemical Society, 138(25), 7965-7972.
4. Tian, X., Sun, Y., Fan, S., Boudreau, M. D., Chen, C., Ge, C., & Yin, J. J. (2019). Photogenerated charge carriers in molybdenum disulfide quantum dots with enhanced antibacterial activity. ACS applied materials & interfaces, 11(5), 4858-4866.