நானோஃபைபர்கள்: கரிம பொருட்களில் எக்சிட்டான் பயணத்தை பெருக்கும் புதிய கண்டுபிடிப்பு

டோக்கியோ அறிவியல் நிறுவனத்தைச் (Institute of Science Tokyo) சேர்ந்த ஆய்வாளர்கள் ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பை வெளியிட்டுள்ளனர். ஆந்த்ரசீன் அடிப்படையிலான சூப்பர்மாலிகுலர் நானோஃபைபர்கள் (மூலக்கூறுகள் தானாகவே ஒழுங்காக அடுக்கி உருவாக்கும் நூல் போன்ற அமைப்புகள்) எக்சிட்டான்களை (ஒளியை உறிஞ்சும்போது உருவாகும் ஆற்றல் தாங்கும் துகள் ஜோடிகள்) நூற்றுக்கணக்கான நானோமீட்டர் தூரம் வரை நகர்த்த முடியும் என்பதை அவர்கள் கண்டறிந்துள்ளனர். இந்த நானோஃபைபர்களை பிளாஸ்மானிக் தங்க நானோஹோல் அடி மேற்பரப்புடன் (உலோக நானோ கட்டமைப்புகள் மூலம் ஒளியின் மின்சார புலத்தை குவிக்கும் அமைப்பு) இணைக்கும்போது, எக்சிட்டான் பரவல் இரட்டிப்பாகிறது. கரிமச் செமிகண்டக்டர்களில் (கரிமச் சேர்மங்களால் மின்சாரம் கடத்தும் பொருட்கள்) சிங்கிள்ட் எக்சிட்டான்களின் குறைந்த பரவலை சரிசெய்யும் இந்த முறை, ஆப்டோஎலெக்ட்ரானிக் சாதனங்களை மேம்படுத்த புதிய வழியை காட்டுகிறது.

பல ஆண்டுகளாக, கரிமச் செமிகண்டக்டர்களில் எக்சிட்டான்கள் மறுஇணைவதற்கு முன் வெறும் 5 முதல் 20 நானோமீட்டர் தூரம் மட்டுமே நகர்ந்தன; இது சாதனங்களின் செயல்திறனை கட்டுப்படுத்தியது. இந்த ஆய்வை டோக்கியோ அறிவியல் நிறுவன பேராசிரியர் மார்ட்டின் வாக்கா, இணைப் பேராசிரியர் யோஷிமிட்சு சகாரா மற்றும் குவாண்டம் அறிவியல் தொழில்நுட்ப தேசிய நிறுவனத்தின் டாக்டர் தகடோஷி ஃபுஜிதா ஆகியோர் இணைந்து மேற்கொண்டனர். இந்த ஆய்வு முடிவுகள் நானோ லெட்டர்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்டுள்ளன.

நீண்ட தூர எக்சிட்டான் பரிமாற்றத்திற்கான ஒரு பொதுவான வடிவமைப்பு கோட்பாட்டை உருவாக்குவது இதுவரை எட்டாத இலக்காகவே இருந்து வந்துள்ளது என்றும், கரிம அமைப்புகளுக்குள் இடம்பெயர்வை மூலோபாய ரீதியாக மேம்படுத்த மூலக்கூறு உள்ளார்ந்த காரணிகளை ஆழமாக புரிந்துகொள்வது அவசியம் என்றும் வாக்கா தெரிவித்தார். BPEA எனப்படும் 9,10-பிஸ்(பீனைல்எத்தினைல்)ஆந்த்ரசீன் என்ற சேர்மத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு குழு மூலக்கூறுகளை வடிவமைத்தது. BPEA குரோமோஃபோரில் அமைடு குழுக்களை சேர்த்து, ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு மூலம் தானியக்க அடுக்கமைவை ஊக்குவித்தனர்; இதனால் ஒழுங்கான ஒரு-பரிமாண நானோஃபைபர்கள் உருவாயின. ஹைட்ரோஃபிலிக் டென்ட்ரிடிக் பக்கச் சங்கிலிகள் கரைதிறனை உறுதி செய்தன. இந்த அமைப்பு "ஜே-அக்ரிகேட்" எனப்படும் ஒழுங்கான தொகுப்புகளை உருவாக்கியது; இவை திறமையான எலக்ட்ரானிக் இணைப்பு மற்றும் ஆற்றல் பரிமாற்றத்திற்கு உதவும்.

கான்ஃபோகல் ஃப்ளூரசென்ஸ் நுண்ணோக்கியையும் இட-சார்ந்த ஃப்ளூரசென்ஸ் ஆயுள் அளவீடுகளையும் பயன்படுத்தி, ஆய்வாளர்கள் எக்சிட்டான் பரிமாற்ற தூரம் 350 நானோமீட்டர் வரையிலும், பரவல் குணகங்கள் வினாடிக்கு 0.7 சதுர சென்டிமீட்டர் வரையிலும் இருப்பதைக் கண்டறிந்தனர்; இவை கரிம திண்மங்களில் இதுவரை பதிவான உயர்ந்த மதிப்புகளில் ஒன்று. குவாண்டம்-வேதியியல் கணக்கீடுகள், எக்சிட்டான்கள் அருகிலுள்ள இரண்டு முதல் மூன்று மூலக்கூறு அலகுகள் வரை பரவியிருப்பதையும், உள்ளூர் உற்சாகநிலை மற்றும் சார்ஜ்-பரிமாற்ற நிலைகளுக்கு இடையேயான கலப்பு மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான எலக்ட்ரானிக் இணைப்பை வலுப்படுத்துவதையும் காட்டின.

ஒழுங்காக இடைவெளியிடப்பட்ட தங்க நானோஹோல் வரிசைகளுடன் கூடிய அடி மேற்பரப்புகளில் நானோஃபைபர்களை பொருத்தியபோது, பரவல் குணகங்கள் வினாடிக்கு 1.3 சதுர சென்டிமீட்டர் வரையும், உகந்த அணிசேர்க்கையில் பரிமாற்ற தூரம் 550 நானோமீட்டருக்கும் மேலாகவும் அதிகரித்தன; இது கண்ணாடி அடி மேற்பரப்புகளில் கிடைத்த மதிப்புகளை விட இரண்டு மடங்குக்கும் அதிகம். நானோஃபைபர்கள் நானோஹோல் வரிசையின் காலமுறை அமைப்புக்கு இணையாக அமைந்திருந்தபோது மேம்பாடு அதிகமாக இருந்தது என்றும், சீரமைவு பிசகியிருந்தபோது மேம்பாடு குறைவாக இருந்தது என்றும் உருவகப்படுத்தல்கள் காட்டின.