மின்தடையை மாற்ற தன் வெப்பநிலையையே 'பூட்டும்' படிகம்: இயற்பியலாளர் கண்டுபிடிப்பு

ஒரு பொருள் மின்சாரத்தின் கீழ் உலோகத் தன்மையிலிருந்து காப்பீட்டுத் தன்மைக்கு மாறும்போது அதற்குள் என்ன நடக்கிறது என்பதை இயற்பியலாளர்கள் விரிவாகப் பதிவு செய்துள்ளனர். எதிர்கால கணினி நினைவகம் மற்றும் மூளையைப் போன்று செயல்படும் கணினி நுட்பங்களுக்கு இது முக்கியமானது. ஜப்பானின் டோக்கியோ அறிவியல் பல்கலைக்கழக (TUS) பயன்பாட்டு இயற்பியல் துறையின் பேராசிரியர் தெட்சுவாகி இட்டோ தலைமையில் இந்த ஆய்வு நடத்தப்பட்டது. இதன் முடிவுகள் பிசிக்கல் ரிவியூ அப்ளைட் இதழில் வெளியிடப்பட்டு, ஆசிரியர் தேர்வாகவும் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது.

சில பொருட்கள் வெப்பநிலை போன்ற நிலைமைகள் மாறும்போது, குறைந்த மின்தடையுள்ள உலோகத் தன்மையிலிருந்து அதிக மின்தடையுள்ள காப்பீட்டுத் தன்மைக்கு மாறுகின்றன. இதை 'உலோகம்-காப்பீடு மாற்றம்' (MIT) என்கிறோம். இந்த மாற்றப் புள்ளிக்கு அருகில், மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சும்போது மின்தடை திடீரென, மீள்தன்மையுடன் குறையும். இதை 'ரெசிஸ்டிவ் சுவிட்சிங்' என்கிறோம். இது மின்தடை நினைவகங்கள், ஒளியியல்-மின்னணுவியல், மூளையின் செயல்பாட்டைப் பின்பற்றும் நியூரோமார்ஃபிக் கம்ப்யூட்டிங் ஆகியவற்றுக்குப் பயனுள்ளது — இது செயற்கை நுண்ணறிவுக்கு முக்கியமானது. மின்சாரம் பாயும்போது பொருளில் உருவாகும் ஜூல் வெப்பமாக்கல் இதில் பங்கு வகிக்கிறது என்பது தெரிந்திருந்தாலும், இந்த வெப்பம் மாற்றப்பட்ட நிலையை எப்படி நிலைப்படுத்துகிறது என்பது தெளிவாக இல்லை. முந்தைய பெரும்பாலான ஆய்வுகள் மெல்லிய படலங்களில் நடத்தப்பட்டதே இதற்குக் காரணம். அவற்றில் வெப்பம் விரைவாக அடித்தளத்திற்குள் கசிந்துவிடும்.

இந்தச் சிக்கலைத் தவிர்க்க, TUS தலைமையிலான குழு ஒரு பெரிய கரிம கடத்தி படிகத்தை ஆய்வு செய்தது. பொருள் அறிவியல் தேசிய நிறுவனம், டோக்கியோ அறிவியல் நிறுவனம், ரிக்கன் ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்களும் இதில் இணைந்தனர். (d7-DMe-DCNQI)2Cu எனப்படும் இந்த ஊசி வடிவப் படிகம், ஹீலியம் வாயு நிரம்பிய குழாய் ஒன்றில் தொங்கவிடப்பட்டது. இதனால், சுற்றியுள்ள வாயு மற்றும் இணைப்புக் கம்பிகள் வழியாக மட்டுமே அது மெதுவாக வெப்பத்தை இழந்தது. இந்தப் பொருளுக்கு அசாதாரணமான கூர்மையான உலோகம்-காப்பீடு மாற்றம் உண்டு. 79 கெல்வினுக்கு மேல் இது உலோகத் தன்மையும், 78 கெல்வினுக்குக் கீழ் காப்பீட்டுத் தன்மையும் கொண்டுள்ளது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் 0.3, 0.5, 2.0 மில்லிஆம்பியர் என மூன்று வெவ்வேறு மின்னோட்டங்களை படிகத்தின் வழியாகச் செலுத்தி, வெப்பநிலை மாறும்போது அதன் மின்தடையை அளந்தனர். 2.0 மில்லிஆம்பியர் மின்னோட்டம் மட்டுமே, சோதிக்கப்பட்ட மிகக் குறைந்த வெப்பநிலைகள் வரை ஒரு இடைநிலை மின்தடை நிலையை நிலைப்படுத்தியது. புரோட்டான் அணுக்கரு காந்த அதிர்வு அளவீடுகள் மூலம், இந்த இடைநிலை நிலை உலோகம் மற்றும் காப்பீடு பகுதிகள் இணைந்திருக்கும் நிலை என்பதை அவர்கள் காட்டினர். ஜூல் வெப்பமாக்கல், படிகத்தின் வெப்பநிலையைச் சுற்றுப்புற வெப்பநிலையை விட உயர்த்தி, மாற்றப் புள்ளி வெப்பநிலைக்கு அருகில் அதைப் பூட்டிவிடுகிறது. இதை 'வெப்பநிலை பூட்டுதல்' நிகழ்வு என்கின்றனர். இந்த நிலையில், மின்னழுத்தத்திற்கும் மின்னோட்டத்திற்கும் இடையே நேர்மாறு தொடர்பும் காணப்பட்டது — அதாவது ஓம் விதிக்கு நேர்மாறான நிலை.

படிகத்திற்குள் ஒரு உலோக மின்னோட்ட இழை தானாக ஒழுங்கமைந்து உருவாகிறது என ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர். பயன்படுத்தப்படும் மின்னோட்டம் மாறும்போது இது தடிமனாகவோ மெலிதாகவோ மாறி, ஜூல் வெப்பமாக்கலை வெப்ப இழப்புக்கு எதிராகச் சமன் செய்கிறது. இந்த வகை மாற்றத்தை நம்பியிருக்கும் மேலும் நீடித்த, திறன்மிக்க சாதனங்களை வடிவமைக்க இந்தக் கண்டுபிடிப்பு உதவும் என குழு தெரிவிக்கிறது.