உயர் அழுத்தத்தில் மீநீண்ட உறை போர்த்திய ஒற்றை உலோக அணு சங்கிலிகள் தொகுப்பு

அணு அளவிலான பொறியியலில் ஒரு புதிய எல்லை

பொருள் அறிவியலில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க ஆர்ப்பாட்டமாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் தீவிர உயர் அழுத்த நிலைமைகளைப் பயன்படுத்தி, ஒவ்வொன்றும் ஒரு பாதுகாப்பு உறையில் மூடப்பட்ட ஒற்றை உலோக அணுக்களால் ஆன மீநீண்ட சங்கிலிகளை வெற்றிகரமாக தொகுத்துள்ளனர். இந்த பணி, சயின்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்டது, அணு அளவில் பொருளை பொறியியலாக்கும் திறனில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தை பிரதிபலிக்கிறது. அணு சங்கிலிகள் முன்பு கோட்பாட்டளவில் முன்மொழியப்பட்டு சிறிய அளவில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டிருந்தாலும், மீநீண்ட, நிலையான மற்றும் உறை போர்த்திய கட்டமைப்புகளை அடைவது முன்பு அணுக முடியாத பல நடைமுறை சாத்தியங்களைத் திறக்கிறது.

ஒற்றை அணு சங்கிலிகளின் கருத்து அவற்றின் தனித்துவமான குவாண்டம் இயந்திர பண்புகள் காரணமாக விஞ்ஞானிகளை நீண்ட காலமாக கவர்ந்துள்ளது. அணுக்கள் ஒரு பரிமாண கோட்டில் அமைக்கப்படும்போது, எலக்ட்ரான்கள் ஒரு பரிமாணத்திற்கு மட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன, இது மொத்த பொருட்களிலிருந்து வியத்தகு முறையில் வேறுபடும் நடத்தைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது. இவற்றில் அசாதாரண மின் கடத்துத்திறன், காந்த அனிசோட்ரோபி மற்றும் மேம்பட்ட வினையூக்க செயல்பாடு ஆகியவை அடங்கும். இருப்பினும், அத்தகைய சங்கிலிகளை கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மற்றும் அளவிடக்கூடிய முறையில் உருவாக்குவது ஒரு பெரிய சவாலாக உள்ளது. புதிய பணி, மெட்டாஸ்டேபிள் கட்டமைப்புகளை நிலைப்படுத்துவதற்கு ஏற்கனவே அறியப்பட்ட ஒரு நுட்பமான உயர் அழுத்த தொகுப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இதை சமாளிக்கிறது.

அணு அளவிலான கம்பிகளின் வாக்குறுதி

இந்த ஆராய்ச்சியின் மையத்தில், இறுதி நானோ கம்பி என்று விவரிக்கக்கூடிய ஒன்றை உருவாக்குவது: ஒவ்வொன்றும் ஒரு தொடர்பு புள்ளியாக இருக்கும் தனிப்பட்ட உலோக அணுக்களின் சங்கிலி. கோட்பாட்டில், இத்தகைய கம்பிகள் மின்னணு கூறுகளுக்கான மினியேட்டரைசேஷனின் முழுமையான வரம்பை பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும். அவை மூலக்கூறு அளவிலான சுற்றுகளில் இடை இணைப்புகளாகவும், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் சாதனங்களில் செயலில் உள்ள கூறுகளாகவும் அல்லது வேதியியல் எதிர்வினைகளுக்கு மிகவும் திறமையான வினையூக்கிகளாகவும் செயல்படக்கூடும். உறை போர்த்தும் அம்சம் குறிப்பாக முக்கியமானது, ஏனெனில் இது இந்த சங்கிலிகள் அவற்றின் உருவாக்கத்தின் தீவிர நிலைமைகளுக்கு வெளியே இருக்கத் தேவையான நிலைத்தன்மையை வழங்குகிறது.

பாதுகாப்பு உறை இல்லாமல், வெற்று அணு சங்கிலிகள் மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டவை மற்றும் உடைந்து அல்லது தீவுகளாக ஒன்றிணைக்க முனைகின்றன. உறை, பெரும்பாலும் வேறுபட்ட பொருள் அல்லது லிகண்ட் ஷெல்லைக் கொண்டுள்ளது, இது உலோக அணுக்களை சூழலில் இருந்து தனிமைப்படுத்தும் ஒரு தடையாக செயல்படுகிறது. இது சங்கிலிகளை நிலைப்படுத்துவது மட்டுமல்லாமல், அவை ஒன்றுடன் ஒன்று தொடர்பு கொள்வதைத் தடுக்கிறது, அவற்றின் ஒரு பரிமாண தன்மையைப் பாதுகாக்கிறது. உயர் அழுத்த தொகுப்பு, சுற்றுப்புற நிலைமைகளின் கீழ் சாத்தியமில்லாத வகையில் இந்த உறைகளை உருவாக்க உதவுகிறது, இது சங்கிலிகள் அசாதாரண நீளங்களுக்கு வளர அனுமதிக்கிறது.

உயர் அழுத்தத்தின் பங்கு

உயர் அழுத்த நுட்பங்கள் புதிய பொருட்களைத் தேடுவதில் ஒரு அத்தியாவசிய கருவியாக மாறியுள்ளன. வைர அன்வில் செல் போன்றவற்றில் எதிர்வினைகளை தீவிர அழுத்தங்களுக்கு உட்படுத்துவதன் மூலம், விஞ்ஞானிகள் சாதாரண அழுத்தங்களில் வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக அணுக முடியாத அணு ஏற்பாடுகளுக்கு அணுக்களை கட்டாயப்படுத்த முடியும். இந்த ஆய்வின் சூழலில், உயர் அழுத்தம் அணுக்கரு தூரங்களைக் குறைக்கலாம், உலோக-உலோக பிணைப்புகளை உருவாக்க உதவுகிறது மற்றும் அணுக்களின் நேரியல் அமைப்பை ஊக்குவிக்கிறது. இது சங்கிலியைச் சுற்றியுள்ள உறை பொருளை அழுத்தி, மிகவும் சீரான மற்றும் வலுவான பூச்சை உருவாக்கக்கூடும்.

அசாதாரண பொருட்களை ஒருங்கிணைக்க உயர் அழுத்தம் பயன்படுத்தப்படுவது இதுவே முதல் முறை அல்ல, ஆனால் மீநீண்ட, தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அணு சங்கிலிகளை உருவாக்குவது குறிப்பிடத்தக்கது. தேவைப்படும் நிலைமைகள் இருந்தபோதிலும், இந்த சங்கிலிகளை பயன்படுத்தக்கூடிய அளவில் தொகுக்க முடியும் என்பது, உயர் அழுத்த வழிகள் அளவிடுதலுக்காக உருவாக்கப்படலாம் என்று கூறுகிறது. சவால் என்னவென்றால், உயர் அழுத்த தொகுப்பு இயற்கையாகவே அளவிட கடினமாக உள்ளது, ஆனால் இத்தகைய சோதனைகளிலிருந்து பெறப்பட்ட அறிவு பெரும்பாலும் சுற்றுப்புற நிலைமைகளில் ஒத்த கட்டமைப்புகளை உருவாக்க மாற்று உத்திகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

உறை போர்த்துதல்: ஒரு பாதுகாப்பு உத்தி

ஒற்றை அணு சங்கிலியை உறை போர்த்தும் கருத்து, வழக்கமான மின்னணுவியலில் ஒரு கம்பியை இன்சுலேட்டருடன் பூசுவதற்கு ஒப்பானது. நவீன மின் கம்பிகளுக்கு குறுக்கு சுற்றுகளைத் தடுக்க இன்சுலேஷன் தேவைப்படுவது போல, அணு கம்பிகளுக்கு மின்னணு கசிவு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் சிதைவைத் தடுக்க ஒரு உறை தேவைப்படுகிறது. இந்த விஷயத்தில், உறை மூலக்கூறு அளவில் உள்ளது, பெரும்பாலும் உலோக அணுக்களுடன் பிணைக்கும் மற்றொரு பொருளின் மெல்லிய அடுக்கைக் கொண்டுள்ளது, அவற்றின் நேரியல் அமைப்பை சீர்குலைக்காமல்.

இந்த உறை சங்கிலியின் மின்னணு பண்புகளையும் பாதிக்கலாம். சரியான உறை பொருளைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், சங்கிலியின் கடத்துத்திறன், சுழல் துருவமுனைப்பு அல்லது ஒளியியல் பதிலை நன்றாக மாற்றியமைக்க முடியும். இது சங்கிலிகளை எதிர்கால நானோ அளவிலான சாதனங்களுக்கு மிகவும் பல்துறை கூறுகளாக மாற்றும். கூடுதலாக, உறை சங்கிலிகளை பெரிய கட்டமைப்புகளுடன் இணைப்பதற்கான இயற்கையான நங்கூரம் புள்ளியை வழங்குகிறது, அதாவது மின்முனைகள் அல்லது அடி மூலக்கூறுகள், இது எந்தவொரு நடைமுறை பயன்பாட்டிற்கும் அவசியம்.

சாத்தியமான பயன்பாடுகள்

இந்த வேலையின் தாக்கங்கள் பரந்தவை. மூலக்கூறு மின்னணுவியல் துறையில், நிலையான ஒற்றை உலோக அணு கம்பிகளை உருவாக்கும் திறன் அணு அளவில் டிரான்சிஸ்டர்கள், டையோட்கள் மற்றும் பிற சுற்று கூறுகளின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கும். இவை தற்போதைய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான கூறுகளை விட மிகச் சிறியதாக இருக்கும், இது கணினிகள் மற்றும் பிற மின்னணு சாதனங்களின் மேலும் மினியேட்டரைசேஷனை சாத்தியமாக்கும்.

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கில், காந்த அணுக்களின் ஒரு பரிமாண சங்கிலிகள் குறிப்பாக கியூபிட்களாக அல்லது கியூபிட் இடை இணைப்புகளின் கூறுகளாக ஆர்வமாக உள்ளன. உறை போர்த்துதல், சூழலால் தூண்டப்படும் டிகோஹரன்ஸிலிருந்து குவாண்டம் நிலைகளை பாதுகாக்கும், இது குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு பெரிய தடையாகும். மேலும், உயர் அழுத்த தொகுப்பு பல்வேறு உலோக அணுக்களை இணைக்க அனுமதிக்கலாம், அதாவது சங்கிலிகளின் பண்புகள் குறிப்பிட்ட குவாண்டம் செயல்பாடுகளுக்கு தனிப்பயனாக்கப்படலாம்.

வினையூக்கம் மற்றொரு பகுதியாகும், இது கணிசமான நன்மைகளைக் காணக்கூடும். ஒற்றை அணு வினையூக்கிகள் ஏற்கனவே மிக உயர்ந்த செயல்திறன் மற்றும் தேர்ந்தெடுக்கும் தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன, ஏனெனில் ஒவ்வொரு அணுவும் ஒரு செயலில் உள்ள தளமாக செயல்படுகிறது. இந்த அணுக்களின் மீநீண்ட சங்கிலிகள் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வடிவவியலில் அதிக மேற்பரப்பு பகுதியை வழங்கக்கூடும், இது தற்போதைய சூத்திரங்களை விட மிகவும் பயனுள்ளதாகவும் நீடித்ததாகவும் இருக்கும் தொழில்துறை வினையூக்கிகளுக்கு வழிவகுக்கும்.

சவால்கள் மற்றும் எதிர்கால திசைகள்

இந்த சாதனையைச் சுற்றியுள்ள உற்சாகம் இருந்தபோதிலும், இந்த அணு சங்கிலிகளை எந்தவொரு நிஜ உலக தொழில்நுட்பத்திலும் ஒருங்கிணைப்பதற்கு முன் குறிப்பிடத்தக்க தடைகள் உள்ளன. தொகுப்புக்கு தீவிர அழுத்தங்கள் தேவைப்படுகின்றன, அவை தற்போது பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு சாத்தியமில்லை. ஆராய்ச்சியாளர்கள், உயர் அழுத்த முடிவுகளால் அறிவிக்கப்பட்ட வேதியியல் டெம்ப்ளேட்டிங் அல்லது நீராவி படிவு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி, மிதமான நிலைமைகளின் கீழ் ஒத்த கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கான வழிகளை ஆராய வேண்டும்.

தொகுப்புக்குப் பிறகு இந்த சங்கிலிகளை வகைப்படுத்துவதும் கையாளுவதும் சவாலானது. அவை மிகச் சிறியவை என்பதால், அவற்றைக் கவனிக்க ஸ்கேனிங் டன்னலிங் நுண்ணோக்கி அல்லது டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி போன்ற மேம்பட்ட கருவிகள் தேவைப்படுகின்றன. அவற்றை பெரிய சுற்றுகளில் ஒருங்கிணைப்பதற்கு, இந்த அணு அளவிலான கம்பிகளை துல்லியமாக நிலைநிறுத்தக்கூடிய புதிய நானோ ஃபேப்ரிகேஷன் முறைகள் தேவைப்படும்.

முடிவு

உயர் அழுத்தத்தின் கீழ் மீநீண்ட உறை போர்த்திய ஒற்றை உலோக அணு சங்கிலிகளின் தொகுப்பு நானோ அறிவியலில் ஒரு மைல்கல் சாதனையாகும். சரியான நிலைமைகளுடன், பொருட்களை அணு துல்லியத்துடன் பொறியியலாக்க முடியும் என்பதை இது நிரூபிக்கிறது, கடத்துத்திறன், குவாண்டம் நடத்தை மற்றும் வேதியியல் வினைத்திறன் ஆகியவற்றில் புதிய பகுதிகளைத் திறக்கிறது. நடைமுறை பயன்பாடுகள் இன்னும் பல ஆண்டுகள் ஆகலாம் என்றாலும், இந்த ஆராய்ச்சி எதிர்கால முன்னேற்றங்களுக்கு ஒரு உறுதியான அடித்தளத்தை வழங்குகிறது. விஞ்ஞானிகள் இந்த நுட்பங்களை செம்மைப்படுத்தி, அணு அளவிலான கட்டமைப்புகளின் சாத்தியங்களை ஆராய்வதால், பொருள் பொறியியலில் சாத்தியமானவற்றின் எல்லைகளைத் தள்ளும் மேலும் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்களை நாம் எதிர்பார்க்கலாம்.

இந்த கட்டுரை சயின்ஸ் (AAAS) அறிக்கையின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.