इलेक्ट्रॉनिक्स की सबसे पुरानी सीमाओं में से एक को उम्मीद से कहीं आगे धकेला जा सकता है
दशकों से आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की एक बुनियादी तापीय कमजोरी रही है: लगभग 200 डिग्री सेल्सियस से काफी ऊपर धकेलने पर विफलता की संभावना बढ़ जाती है। इस सीमा ने उपभोक्ता उपकरणों से लेकर एयरोस्पेस प्रणालियों तक सब कुछ प्रभावित किया है। Universe Today द्वारा उजागर एक नई रिपोर्ट के अनुसार, दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अब एक ऐसा मेमोरी डिवाइस प्रदर्शित किया है जो 700 डिग्री सेल्सियस पर भी भरोसेमंद रूप से काम करता रहा।
Science में प्रकाशित और प्रोफेसर जोशुआ यांग के नेतृत्व में किए गए इस परिणाम के लिए 700 डिग्री सेल्सियस केवल इसलिए उल्लेखनीय नहीं है कि वह अत्यंत गर्म है, बल्कि इसलिए भी कि टीम के अनुसार वह परीक्षण उपकरण की सीमा थी, डिवाइस की प्रतीत होती सीमा नहीं। दूसरे शब्दों में, परीक्षण के उच्चतम बिंदु पर भी घटक में विफलता के संकेत नहीं दिखे।
शुक्र ग्रह वह मानक क्यों है जिस पर सबकी नज़र जाती है
सबसे प्रभावशाली उदाहरण शुक्र है। ग्रह की सतही स्थितियाँ इतनी कठोर हैं कि वहाँ भेजा गया हर लैंडर अंततः कुछ घंटों में अपना इलेक्ट्रॉनिक्स खो चुका है। यदि कोई मेमोरी या कंप्यूटिंग सिस्टम शुक्र-जैसी परिस्थितियों से आगे के तापमान को सह सके, तो यह ग्रह की सतह पर मिशनों के लिए इंजीनियरों की कल्पना को तुरंत व्यापक बना देगा।
इसी कारण इस परिणाम को संभावित रूप से परिवर्तनकारी माना जा रहा है। चरम-ताप इलेक्ट्रॉनिक्स केवल औद्योगिक टिकाऊपन के बारे में नहीं है। यह तय कर सकता है कि क्या लंबे समय तक चलने वाले रोबोटिक सिस्टम उन दुनियाओं में काम कर पाएँगे जिन्होंने अब तक पारंपरिक हार्डवेयर को परास्त किया है।
इस सफलता के केंद्र में डिवाइस
USC टीम ने एक मेम्रिस्टर बनाया, एक नैनोस्केल घटक जो जानकारी संग्रहीत भी कर सकता है और कंप्यूटिंग संचालन भी कर सकता है। इस उपलब्धि में सामग्री-ढांचा केंद्रीय है। डिवाइस में टंग्स्टन इलेक्ट्रोड, सिरेमिक परत के रूप में हैफ्नियम ऑक्साइड, और नीचे की ओर ग्राफीन का उपयोग किया गया है।
इनमें से हर चयन उच्च तापमान के लक्ष्य को साधता है। टंग्स्टन का गलनांक किसी भी तत्व से सबसे अधिक है, जबकि हैफ्नियम ऑक्साइड एक ऊष्मा-प्रतिरोधी सिरेमिक है। लेकिन रिपोर्ट ग्राफीन को उस प्रमुख घटक के रूप में इंगित करती है जो एक घातक विफलता-तंत्र को रोकता है।
ग्राफीन डिवाइस को मरने से कैसे रोकता दिखता है
पारंपरिक डिवाइसों में, गर्मी धातु परमाणुओं को इन्सुलेटिंग परत के माध्यम से प्रवाहित कर सकती है, जब तक वे इलेक्ट्रोडों को जोड़कर घटक में शॉर्ट सर्किट न पैदा कर दें। यह प्रक्रिया अंततः डिवाइस को नष्ट कर देती है। USC टीम का कहना है कि ग्राफीन इस नतीजे को बदल देता है।
रिपोर्ट के अनुसार, ग्राफीन परत की ओर जाने वाले टंग्स्टन परमाणु उस पर प्रभावी ढंग से टिक नहीं पाते। प्रोफेसर यांग ने इस रसायन को लगभग तेल और पानी जैसा बताया। स्थिर रूप से इकट्ठा होने की जगह न होने पर परमाणु वह चालक पुल नहीं बनाते जो अन्यथा स्थायी विफलता का कारण बनता।
यहाँ महत्त्व एक सफल परीक्षण से कहीं अधिक है। टीम ने यह समझने के लिए उन्नत इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और क्वांटम-स्तरीय कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया कि यह संरचना क्यों काम करती है, जिससे परिणाम किस्मत की संयोगवश सफलता नहीं बल्कि एक अधिक कठोर पदार्थ-विज्ञान अंतर्दृष्टि बन जाता है।
यह परिणाम अंतरिक्ष अन्वेषण से आगे क्यों मायने रखता है
शुक्र ग्रह सबसे प्रमुख मामला है, लेकिन इसके निहितार्थ व्यापक हैं। चरम गर्मी में भी भरोसेमंद रहने वाली मेमोरी कहीं भी उपयोगी हो सकती है जहाँ पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स को उनके सामान्य संचालन-क्षेत्र से आगे धकेला जाता है। रिपोर्ट हर उपयोग-मामले की सूची नहीं देती, लेकिन इंजीनियरिंग तर्क सरल है: जब तापीय सहनशीलता बढ़ती है, तो उन प्रणालियों के लिए डिज़ाइन-क्षेत्र भी बढ़ता है जिन्हें आज भारी शीतलन, शील्डिंग, या छोटे ड्यूटी-चक्र चाहिए होते हैं।
यह कठोर औद्योगिक वातावरण, वैज्ञानिक उपकरणों, और उन कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर के लिए भविष्य के हार्डवेयर को प्रभावित कर सकता है जिन्हें कठिन परिस्थितियों में काम करना पड़ता है। यह डिवाइस विशेष रूप से दिलचस्प है क्योंकि यह एक मेम्रिस्टर है, यानी यह स्मृति-व्यवहार और कंप्यूटिंग-प्रासंगिकता को एक ही घटक श्रेणी में जोड़ता है।
यदि यह स्केल हो सके, तो यह एक बड़ा बदलाव होगा
रिपोर्ट में प्रोफेसर यांग को यह कहते हुए उद्धृत किया गया है कि यह डिवाइस “अब तक प्रदर्शित सबसे अच्छी उच्च तापमान मेमोरी” है। यह एक साहसिक दावा है, लेकिन वर्णित तापीय प्रदर्शन से मेल खाता है। 700 डिग्री सेल्सियस पर विश्वसनीय संचालन, मुख्यधारा इलेक्ट्रॉनिक्स को वर्षों से सीमित करने वाली व्यावहारिक ऊपरी सीमा की तुलना में एक बड़ी छलांग होगी।
बाकी सवाल यह नहीं है कि प्रदर्शन प्रभावशाली है या नहीं। सवाल यह है कि एक प्रयोगशाला परिणाम कितनी जल्दी मजबूत, निर्मित किए जा सकने वाले सिस्टमों का हिस्सा बन सकता है। फिर भी, अंतर्निहित उपलब्धि पर्याप्त प्रतीत होती है: ऐसा मेमोरी डिवाइस जिसने केवल कुछ क्षणों के लिए असाधारण गर्मी सहन नहीं की, बल्कि उसमें भरोसेमंद रूप से काम किया।
ग्रह अन्वेषण के लिए, यह लंबे समय से अवास्तविक मानी जाने वाली महत्वाकांक्षाओं को फिर से खोल सकता है। व्यापक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, यह संकेत देता है कि क्षेत्र की सबसे जिद्दी सामग्री-सीमाओं में से एक उतनी स्थिर नहीं हो सकती जितनी पहले लगती थी। यह परिणाम कल शुक्र पर कंप्यूटर की गारंटी नहीं देता। लेकिन यह बातचीत को विज्ञान-कथा से इंजीनियरिंग की ओर ले जाता है।
यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.
