ப்ரோக்ராமபிள் ஹீட் மெட்டீரியல் வெப்பக் கட்டுப்பாட்டை மறுவரையறுக்கலாம்

ஒரு பாரம்பரிய வெப்ப வரம்பைத் தாண்டும் புதிய வழி

வழக்கமான இயற்பியல் பொதுவாக அனுமதிப்பதை விட அதிகத் தேர்ச்சியுடன் பொறியாளர்கள் வெப்பத்தை கட்டுப்படுத்தக்கூடிய ஒரு பொருள் அமைப்பை ஆராய்ச்சியாளர்கள் முன்மொழிந்துள்ளனர். ஜூன் 25 அன்று Laser & Photonics Reviews இதழில் விவரிக்கப்பட்ட இந்த வடிவமைப்பு, ஒரு மேற்பரப்பு வெப்பக் கதிர்வீச்சை எவ்வாறு உறிஞ்சுகிறது மற்றும் வெளியிடுகிறது என்பதை தனித்தனியாகச் சீரமைப்பதை, பின்னர் மின்சாரம் நீக்கப்பட்ட பிறகும் அந்த அமைப்பைத் தக்கவைத்திருக்கும்தை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.

நடைமுறையில் இது சாத்தியமானால், அது வெப்ப பொறியியலில் ஒரு முக்கிய முன்னேற்றமாக இருக்கும். தொழில்துறை ஆற்றல் அமைப்புகள் மற்றும் மின்னணு குளிரூட்டல் முதல் இன்ப்ராரெட் சாதனங்கள் மற்றும் மேம்பட்ட சென்சார்கள் வரை, நவீன தொழில்நுட்பத்தின் மையத்தில் வெப்ப மேலாண்மை உள்ளது. ஆனால் இந்த துறையின் நீண்டகால கட்டுப்பாடுகளில் ஒன்று பரஸ்பரத்தன்மை: சாதாரண சூழ்நிலைகளில், ஒரு குறிப்பிட்ட திசையிலிருந்து வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதில் திறன் கொண்ட பொருள், அதே திசையில் அதை வெளியிடுவதிலும் திறன் கொண்டதாக இருக்கும்.

அந்தக் கொள்கை 19ஆம் நூற்றாண்டு இயற்பியலாளர் குஸ்டாவ் கிற்ஹாஃப் வரை செல்லும்; சுமார் 160 ஆண்டுகளாக இது பொறியாளர்கள் வெப்ப வடிவமைப்பை எவ்வாறு சிந்திக்கிறார்கள் என்பதை வடிவமைத்துள்ளது. புதியதாக விவரிக்கப்பட்டுள்ள சாதனம் வெறும் சிறந்த இன்சுலேட்டர் அல்லது ரேடியேட்டர் மட்டுமல்ல. அதற்கு பதிலாக, பொதுவான சமநிலையை உடைத்து, வரும் மற்றும் செல்லும் வெப்பக் கதிர்வீச்சு திசையைப் பொறுத்து வேறுபட்டு நடக்கச் செய்வதற்கான ஒரு வழியை இது முன்வைக்கிறது.

முன்மொழியப்பட்ட சாதனம் எப்படி செயல்படுகிறது

இந்த வடிவமைப்பு வெவ்வேறு பணிகளைக் கொண்ட இரண்டு பொருட்களை இணைக்கிறது. அவற்றில் ஒன்று இண்டியம் ஆர்சனைடு; இது இன்ப்ராரெட் ஒளி மற்றும் வெப்பக் கதிர்வீச்சுடன் தொடர்பு கொள்கிறது. இந்த அடுக்கின் இயற்கை சமநிலையை உடைக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதில் ஒரு காந்த புலத்தைப் பயன்படுத்த முன்வைக்கின்றனர்; இதனால் ஒரு திசையில் செல்லும் கதிர்வீச்சு, மற்ற திசையில் செல்லும் கதிர்வீச்சை விட வேறுபட்ட விதமாக நடக்கும்.

அதற்குமேல் ஜெர்மேனியம்-ஆண்டிமனி-டெல்யூரியம் அல்லது GST-இனால் செய்யப்பட்ட ஒரு கிரேட்டிங் உள்ளது; இது ஏற்கனவே இரண்டு தனித்த கட்டமைப்பு நிலைகளுக்கு இடையில் மாறும் திறனுக்காக அறியப்பட்ட ஒரு பேஸ்-செஞ்ச் பொருள். GST-யின் முக்கிய அம்சம் அதன் நிலைத்தன்மை: அது ஒருமுறை ஒரு நிலைக்கு மாற்றப்பட்டால், மீண்டும் திட்டமிட்டு மாற்றப்படும் வரை அதிலேயே இருக்கும்.

அந்த நிலைத்தன்மையே இந்த வடிவமைப்பை குறிப்பாக குறிப்பிடத்தக்கதாக்குகிறது. முன்மொழியப்பட்ட கட்டமைப்பில் GST, திசை சார்ந்த வெப்ப விளைவுக்கு உதவுவதைக் கடந்தும் செயல்படுகிறது. அது வெப்ப-கையாளும் நடத்தையை நடைமுறையில் பூட்டி வைத்துவிடுகிறது; இதனால் அமைப்பு தொடர்ச்சியான மின்சாரம் இன்றி தனது நிரலிடப்பட்ட நிலையைத் தக்கவைத்துக்கொள்ள முடிகிறது.

மற்றொரு வார்த்தையில், வெளிப்புற கட்டுப்பாடு செயல்பாட்டில் இருக்கும் போது மட்டுமே இந்த பொருள் வெப்பத்தை மாற்றியமைப்பதில்லை. அது ஒரு வெப்ப அமைப்பைச் சேமித்தும் வைக்கலாம். இதனால், தொடர்ச்சியாக ஆற்றலைத் தேவைப்படுத்தும் சாதனங்களுக்கு பதிலாக, ஒரு கட்டமைப்பை பாதுகாத்து வைக்கும் நினைவக சாதனங்களைப் போன்ற முறையில் செயல்படும் வெப்ப கூறுகளுக்கான வாய்ப்பு உருவாகிறது.

பரஸ்பரத்தன்மை ஏன் முக்கியம்

பரஸ்பரத்தன்மை என்பது பொதுத் கவனம் அதிகம் பெறாத பின்னணிக் கொள்கைகளில் ஒன்றாக இருந்தாலும், வடிவமைப்பை ஆழமாகப் பாதிக்கிறது. வெப்ப அமைப்புகளில், இது பொறியாளர்கள் பெரும்பாலும் வெப்ப உள்வாங்கலையும் வெப்ப வெளியீட்டையும் தனித்தனியாக மேம்படுத்த முடியாது என்பதைக் குறிக்கிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் இருந்து கதிர்வீச்சை எடுத்துக்கொள்வதில் சிறந்த மேற்பரப்பு, அதே திசை வடிவில் கதிர்வீச்சை வெளியே அனுப்புவதிலும் சிறந்ததாக இருக்கும்.

அந்த இணைப்பு கட்டுப்பாடாக இருக்கலாம். ஆற்றல் அமைப்புகள், விண்கல வெப்பக் கட்டுப்பாடுகள், கட்டிடங்கள், மற்றும் மின்னணு சாதனங்கள் ஆகியவற்றில் அடிக்கடி முரண்படும் தேவைகள் உள்ளன: ஒரு சூழலில் குறைவான வெப்பத்தை உறிஞ்ச வேண்டும், மற்றொன்றில் அதிகமாக வெளியிட வேண்டும், அல்லது திசை சார்ந்த வெப்ப ஓட்டங்களைத் தேர்ந்தெடுத்து கையாள வேண்டும். அந்த இணைப்பை தளர்த்தும் ஒரு பொருள் அமைப்பு வடிவமைப்பாளர்களுக்கு மிக அதிக நெகிழ்வை அளிக்கலாம்.

அறிக்கையிடப்பட்ட இந்த கருத்து, அத்தகைய பிரச்சினையையே நேரடியாக இலக்காக்குகிறது. காந்தப் புலம் தூண்டிய அசமநிலையை நொன்பொலாட்டைல் பேஸ்-செஞ்ச் அடுக்குடன் இணைப்பதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் கட்டுப்படுத்தக்கூடியதும் நிலைத்ததுமான திசை சார்ந்த வெப்ப நடத்தையை உருவாக்கும் ஒரு வழியை முன்வைக்கின்றனர்.

சாத்தியமான பயன்பாடுகள்

இந்த ஆய்வு இன்னும் வடிவமைப்பு நிலையில் உள்ளது; ஆனால் இந்த கருத்தை உருவாக்கி அளவுபடுத்த முடிந்தால், பயன்பாடுகள் பரவலானவை. வெப்பக் கதிர்வீச்சை இன்னும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவது பல துறைகளில் முக்கியமாக இருக்கலாம்:

• வெப்ப இழப்பைக் குறைக்கவோ அல்லது வெப்ப ஓட்டங்களை அதிக திறனுடன் திசைமாற்றவோ வேண்டிய ஆற்றல் அமைப்புகள்.
• திசை சார்ந்த வெப்பக் கட்டுப்பாட்டால் பயனடையும் இன்ப்ராரெட் சாதனங்கள் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை ஹார்ட்வேர்.
• குறைந்த மின்சக்தி வெப்ப கூறுகள், ஏனெனில் நிரலிடப்பட்ட நிலை மின்சாரம் அணைக்கப்பட்ட பிறகும் நீடிக்க முடியும்.
• மின்கட்டணம் மட்டுமின்றி வெப்ப நடத்தை மூலமாகத் தகவலை குறியாக்கும் பரிசோதனை கணினி கட்டமைப்புகள்.

மின்சாரத்திற்கு பதிலாக வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தி தகவலைச் சேமிக்கும் சாத்தியம் குறிப்பாக சுவாரசியமானது. மூல உரை இதை உடனடி தயாரிப்பு வழியாக அல்லாமல், நீண்டகால சாத்தியமான பயன்பாடாகக் காட்டுகிறது; அதேசமயம் வெப்ப இயற்பியலும் தகவல் தொழில்நுட்பமும் மேலும் மேலும் ஒன்றோடொன்று இணைந்து வரக்கூடும் என்பதையும் இது வெளிப்படுத்துகிறது.

ஆய்வு என்ன காட்டுகிறது, என்ன காட்டவில்லை

மிக முக்கியமான விளக்கம் என்னவெனில், இந்த வேலை வணிகத் தொழில்நுட்பமாகவோ அல்லது துறையில் பயன்படுத்தத் தயாரான தளமாகவோ அல்லாமல், ஒரு முன்மொழியப்பட்ட சாதன வடிவமைப்பை விவரிக்கிறது. இந்த கட்டுரை, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு கோட்பாட்டுச் சாதனத்தை வடிவமைத்ததாகச் சொல்கிறது; ஆனால் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யக்கூடிய அமைப்பை நடைமுறை சூழலில் அவர்கள் காட்டியதாகச் சொல்லவில்லை.

அந்த வேறுபாடு முக்கியமானது. பொருட்கள் சார்ந்த முன்னேற்றங்கள் பெரும்பாலும் கருத்து அல்லது ஆய்வக நிலையில் மிக வலுவாகத் தெரியும்; ஆனால் நடைமுறை பயன்பாடு உற்பத்தி துல்லியம், நீடித்த தன்மை, செலவு, மாற்றும் நம்பகத்தன்மை, மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள அமைப்புகளுடனான பொருந்துதன்மை ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. ஒரு புதிய இயற்பியல் பாதை அடையாளம் காணப்பட்டதாலேயே அந்த கேள்விகள் தீர்ந்து விடுவதில்லை.

எனினும், ஒரு முழுத் துறையை கட்டுப்படுத்தி வந்த கருதுகோள்களை சவாலிடும் போது, கருத்துப் பத்திரங்கள் மிக முக்கியமானவையாக இருக்க முடியும். பொறியாளர்கள் உறிஞ்சலும் வெளியீட்டையும் நிரலிடக்கூடிய, நொன்பொலாட்டைல் முறையில் தனித்தனியாக நிர்வகிக்க முடிந்தால், முன்பு துனியக்கூடிய ஒளியியல் மற்றும் மின்னணு பொருட்கள் புதிய சாதன வகைகளைத் திறந்ததுபோல, வெப்ப வடிவமைப்பு விதிகளும் மாறத் தொடங்கலாம்.

அதனால், இந்த ஆய்வின் முக்கியத்துவம் உடனடி நுகர்வோர் அல்லது தொழில்துறை தயாரிப்பில் அல்ல; மாறாக, ஒரு அடிப்படை வெப்ப வரம்பு முன்பு நினைத்ததை விட அதிகமாக சமரசத்துக்குட்பட்டதாக இருக்கலாம் என்ற சாத்தியத்தில் உள்ளது.

இது இப்போது ஏன் முக்கியம்

வெப்பக் கட்டுப்பாடு குறைந்து வருவதில்லை; மாறாக அதிக முக்கியத்துவம் பெறுகிறது. தரவு மையங்கள், உயர் செயல்திறன் கணினி அமைப்புகள், மின்மயமாக்கப்பட்ட அமைப்புகள், மேம்பட்ட உற்பத்தி, மற்றும் விண்வெளி தொழில்நுட்பங்கள் அனைத்தும் அதிகத் துல்லியத்துடனும் குறைந்த ஆற்றல் செலவுடனும் வெப்பத்தை நிர்வகிக்க வேண்டிய அழுத்தத்தை அதிகரித்து வருகின்றன. வெப்ப ஆற்றலைத் திசைமாற்ற, சேமிக்க, அல்லது தேர்ந்தெடுத்து வெளியிடக்கூடிய பொருட்கள் இந்த முயற்சியில் அடிப்படை கருவிகளாக மாறக்கூடும்.

முன்மொழியப்பட்ட இந்த சாதனம் பொருட்கள் அறிவியலில் பரவலான ஒரு போக்கையும் பிரதிபலிக்கிறது: செயலற்ற பொருட்களிலிருந்து நிரலிடக்கூடிய பொருட்களுக்கான மாற்றம். நிலையான வெப்ப பண்புகளை ஏற்றுக்கொள்வதற்குப் பதிலாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் அமைப்பின் தேவைக்கேற்ப அதன் நடத்தையை அமைத்து, மாற்றி, மற்றும் தக்கவைத்துக்கொள்ளக்கூடிய பொருட்களை உருவாக்க முயற்சித்து வருகின்றனர்.

அந்த மாற்றத்துக்கு மூலதன முக்கியத்துவமும் உள்ளது. நிரலிடக்கூடிய வெப்பப் பொருட்கள் இறுதியில் ஆற்றல் திறன், உணர்வு, தொடர்பாடல், மற்றும் கணினி துறைகளைப் பாதிக்கக்கூடும். இந்த விளைவுகள் ஏற்கனவே அடையப்பட்டுவிட்டன என்று இந்த ஆய்வு கூறவில்லை. ஆனால், சமநிலை உடைக்கும் இயற்பியல் மற்றும் நினைவகம் போன்ற பேஸ்-செஞ்ச் அடுக்கின் இணைப்பின் மூலம் அவற்றை நோக்கிய ஒரு பாதை இருக்கலாம் என்பதையே அது சுட்டிக்காட்டுகிறது.

தற்போது, இந்த வேலை வெப்பப் பொருட்கள் ஆராய்ச்சி எங்கே செல்கிறது என்பதற்கான ஒரு ஈர்க்கக்கூடிய எடுத்துக்காட்டாக உள்ளது: நிலையான மேற்பரப்புகளிலிருந்து விலகி, வெப்பத்தை வெறும் துணை விளைவாக அல்லாது, நோக்கத்துடன் திசைமாற்றக்கூடிய ஒன்றாகக் கருதும் கட்டமைக்கக்கூடிய அமைப்புகளுக்கு நகர்கிறது.

இந்தக் கட்டுரை Live Science செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.