सेल्फ शॉक से क्रिस्टल को कांच में बदलने की वैज्ञानिक सफलता

शोधकर्ताओं ने पता लगाया है कि इंडियम सेलेनाइड नामक क्रिस्टलीय सामग्री की शेल शक्ति का उपयोग करके, इसे ग्लासी चरण में परिवर्तित किया जा सकता है। यह परिवर्तन सीडी और कंप्यूटर रैम जैसे उपकरणों में मेमोरी स्टोरेज के लिए मौलिक है। क्रिस्टलीय सामग्री को कांच में बदलने के लिए पारंपरिक पिघलने की प्रक्रियाओं की तुलना में एक अरब गुना कम बिजली की आवश्यकता होती है और यह खोज सेल फोन से लेकर कंप्यूटर तक के उपकरणों में डेटा भंडारण में क्रांति ला सकती है।

कांच ठोस पदार्थों की तरह ही काम करते हैं लेकिन उनमें परमाणुओं की नियमित आवधिक व्यवस्था नहीं होती है। कांच को बहुत अधिक व्यवस्थित होने से रोकने के लिए, निर्माण प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टल को तरलीकृत (पिघलाया) और फिर तेजी से ठंडा (जमाया) किया जाता है। इस पिघलने-फ्रीजिंग तकनीक का उपयोग सीडी, डीवीडी और ब्लू-रे डिस्क में भी किया जाता है, जहां डेटा लिखने के लिए विट्रीफिकेशन चरण में क्रिस्टलीय सामग्री को तेजी से पिघलाने और फ्रीज करने के लिए लेजर गति का उपयोग किया जाता है इस प्रक्रिया को उलटने से डेटा डिलीट हो जाता है। कंप्यूटर चरण-परिवर्तन रैम के रूप में जानी जाने वाली समान सामग्रियों का उपयोग करते हैं, जो ग्लास और क्रिस्टलीय चरणों द्वारा प्रदान किए गए उच्च-अपेक्षाकृत-निम्न प्रतिरोध के साथ जानकारी संग्रहीत करते हैं।

समस्या यह है कि ये उपकरण बहुत अधिक बिजली की खपत करते हैं, खासकर लेखन प्रक्रिया के दौरान। क्रिस्टलीय सामग्री को 800 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान तक गर्म किया जाना चाहिए और फिर तेजी से ठंडा किया जाना चाहिए। यदि मध्यवर्ती तरलीकरण चरण का उपयोग किए बिना क्रिस्टल को सीधे ग्लास में परिवर्तित करना संभव होता, तो मेमोरी भंडारण के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा को काफी कम किया जा सकता है।

भारतीय विज्ञान संस्थान (आईआईएससी), बेंगलुरु, यूनिवर्सिटी ऑफ पेनसिल्वेनिया स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंस (पेन इंजीनियरिंग), पेनसिल्वेनिया और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी), हार्वर्ड, यूएसए के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पाया कि जब विद्युत प्रवाह होता है डी-2 फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री, इंडियम सेलेनाइड से बने तारों के माध्यम से पारित होने पर, सामग्री का लंबा हिस्सा कांच में बदल जाता है। इस महत्वपूर्ण शोध सफलता के नतीजे नेचर जर्नल में प्रकाशित किए गए हैं। यह शोध संसद के एक अधिनियम: एएनआरएफ, अधिनियम 2023 द्वारा स्थापित एएनआरएफ विभाग (एसईआरबी) द्वारा समर्थित है।

वैज्ञानिकों ने पता लगाया है कि जब सामग्री की 2-डी परतों के माध्यम से समानांतर में प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित की जाती है, तो वे अलग-अलग दिशाओं में एक-दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं। इसके परिणामस्वरूप कई डोमेन का निर्माण होता है, जो विशिष्ट द्विध्रुवीय क्षण के छोटे पैकेट के डोमेन को अलग करने वाले मल्टीप्लेक्स क्षेत्रों से घिरे होते हैं। जब कई टुकड़े एक छोटे नैनोस्कोपिक क्षेत्र में मिलते हैं, जैसे कि दीवार में बड़ी संख्या में छेद किए गए, तो क्रिस्टल की संरचनात्मक अखंडता टूट जाती है और स्थानीय रूप से कांच जैसा बन जाता है।

ये डोमेन सीमाएँ टेक्टोनिक प्लेटों की तरह हैं। वे विद्युत प्रवाह के साथ चलते हैं और जब वे टकराते हैं, तो भूकंप की तरह यांत्रिक (और विद्युत) झटके उत्पन्न होते हैं। यह भूकंपीयता एक हिमस्खलन जैसा प्रभाव पैदा करती है, जिससे केंद्र से दूर अशांति पैदा होती है, अधिक डोमेन सीमाएं और ग्लास क्षेत्र बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक झटके आते हैं। हिमस्खलन की प्रभावशीलता तब रुक जाती है जब पूरी सामग्री कांच (लंबी दूरी की अनाकारीकरण) में बदल जाती है।

प्रोफेसर नुकला बताते हैं कि इंडियम सेलेनाइड के कई अनूठे गुण - इसकी 2डी संरचना, फेरो इलेक्ट्रिसिटी और पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी - सभी मिलकर झटके के माध्यम से इस अल्ट्रा-लो-एनर्जी मार्ग का निर्माण करते हैं। उन्होंने आगे इस बात पर जोर दिया कि वर्तमान शोध के निष्कर्ष चरण परिवर्तन मेमोरी (पीसीएम) अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए मार्ग प्रशस्त करेंगे।