இதுநாள் வரை நாம் தர்க்க செயல்பாடுகளுக்காக பெரும்பாலும் குறைகடத்தி சாதனங்களையே நம்பி இருக்கிறோம்…. இந்த நிலையை மாற்றும்படியான ஒரு கண்டுபிடிப்புதான் நாம் இன்று காணப்போவது…

என்ன…! Diode, Transistor, IC போன்ற குறைகடத்தி சாதனங்களுக்கு மாற்றா…?! ஆம்.

எனில், இதில் வேறென்ன பொருள் பயன்படுத்தப்படுகிறது…? என்றால், அதற்கான விடை…

• இரு பரிமாண கிராபீன் மெல்லிய தளம் (2D Graphene sheet)மற்றும் 
• ஒரு உப்புக் கரைசல்… அவ்வளவுதான்.

வடிவமைப்பு :

5.5×6.4×5.0 நானோ மீட்டர் (nm) அளவுள்ள கிராபீன் தளத்தில் ஒன்று அல்லது அதற்கும் மேற்பட்ட நானோ அளவிலான மிகச் சிறிய துளைகள் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் காணப்படுகிறன. இந்த நுண்துளைகள் கிரீட ஈதர்களை (crown ether) ஒத்து காணப்படுகிறது.

கிரீட ஈதர்கள் மின்னூட்ட நடுநிலை கொண்ட வளைய எத்திலீன் ஆக்சைடு குடும்பத்தை சார்ந்தது ஆகும். இவை, பல்வேறு உலோக அயனிகளை தனது வளையத்தினுள் சிறைபடுத்தும் (trap) திறன்வாய்ந்தது.

கிராபீன்கள் இயற்கையாகவே கிரீட வடிவ நுண்துளைகளை பெற்றுள்ளது. கிராபீன் தளத்தில் உள்ள கார்பன் அணுக்கள் அறுங்கோண வடிவத்தில் அமைந்துள்ளது மிகச் சிறப்புக்குரியது.

இந்த கிராபீன் தளங்களில் இயற்கையாகவே சில கிரீட வடிவ நுண்துளைகள் காணப்படுகிறது. இவை 18-6 என்ற வடிவத்தில் உள்ளன. இதனை, நாம் செயற்கையாகவும் உருவாக்கலாம். எவ்வாறெனில், அறுங்கோணத்தில் உள்ள கார்பன்களை நீக்கிவிட்டு அதற்கு பதிலாக முனைகளில் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை பதிலீடு செய்வதன் மூலம் இதை அடையலாம்.

செயல்பாடு :

இவ்வாறு உருவாக்கப்பட்ட கிராபீன் தளத்தை, சரியான உப்பு கரைசலில் (இங்கு, பொட்டாசியம் குளோரைடு கரைசல் – KCl) மூழ்குமாறு வைக்கப்படுகிறது. ஒரு சில நிமிடங்களில் KCl கரைசலில் உள்ள K⁺ அயனிகள் நுண்துளைகளின் மையத்தை வந்தடையும். இதனால், இந்த அமைப்பு மின்னூட்ட சமநிலையடைகிறது.

கிராபீன் நுண்துளைகளில் பொட்டாசியம் அயனிகள் நிரம்பும் காணொளி…. இங்கு, 
நீல நிறம் – கார்பன் அணு 
சிவப்பு நிறம் – ஆக்ஸிஜன் அணு 
வெண்மை நிறம் – பொட்டாசியம் அயனி 
ஊதா நிறம் – குளோரின் அயனி

சிறைபடுத்தப்படும் பொட்டாசியம் அயனிகளின் எண்ணிக்கையை நாம் கட்டுப்படுத்த முடியும். நாம் கிராபீன் தளத்தில் குறிப்பிட்ட அளவு மின்னழுத்தத்தை செலுத்துவதன் மூலம் பொட்டாசியம் அயனிகள் நுண்துளைகளிள் சிறைபடுவதை தடுக்கலாம் அல்லது கட்டுப்படுத்தலாம்.

சரிரி….. இதுல எங்கய்யா… தர்க்க செயல்பாடு வருது….!? என்று தாங்கள் கேட்பது புரிகிறது… சொல்கிறேன்.

தர்க்க செயல்பாடு (Logical operation) :

கிராபீன் தளத்தில் நாம் எந்த மின்னழுத்தத்தையும் கொடுக்காத போது (அதாவது, தர்க்க செயல்பாட்டில 0V), தளத்தில் உள்ள அனைத்து நுண்துளைகளிலும் பொட்டாசியம் அயனிகள் சிறைபடுத்தப்படுகின்றன. இந்நிலையில் கிராபீன் தளம் மின் கடத்தா நிலையில் இருக்கும். இப்பொழுது, கிராபீன் தளத்தின் மின்னழுத்தத்தை சோதிக்தால் அது அதிகமாக இருக்கும் (இங்கு, தர்க்க செயல்பாட்டில் 1).

அதேவேளை, நாம் கிராபீன் தளத்தில் குறிப்பிட்ட அளவு மின்னழுத்தத்தை செலுத்தினால் (300 V ஐ விட அதிகமாக, இது தர்க்க செயல்பாட்டில 1), கிராபீன் தளத்தில் உள்ள சில நுண்துளைகளில் பொட்டாசியம் அயனிகள் நிரம்புவது தடுக்கப்படுகிறது. இதனால், கிராபீன் தளம் மின் கடத்தும் திறனை பெறுகிறது. இப்பொழுது, கிராபீன் தளத்தின் மின்னழுத்தத்தை சோதிக்தால் அது குறைந்து காணப்படும் (அதாவது, தர்க்க செயல்பாட்டில் 0).

மேலுள்ள இரு நிலைகளையும் உற்று நோக்கினால், இது ஒரு NOT Logic போலவே உள்ளதல்லவா….! ஆம்,

நாம் செலுத்தும் மின்னழுத்தம்	கிராபீன் தளத்தின் மின்னழுத்தம்
0	1
1	0

இவ்வாறு, பல கிராபீன் தளங்களை ஒன்றினைத்து பல வேறுபட்ட தர்க்க செயல்பாடுகளை உருவாக்கலாம்.

எல்லாம் சரி… இதற்கு கிராபீனை மட்டும் தான் பயன்படுத்த வேண்டுமா…..? 

இல்லை.

இந்த கதையின் கதாநாயகன் கிரீட ஈதர்களை ஒத்துள்ள நுண்துளைகள் தானே தவிர கிராபீன் அல்ல.

கிராபீனுக்கு பதிலாக அறுங்கோண கட்டமைப்பை உடைய போரான் நைட்ரைடு – களையும் (h-BN) பன்படுத்தலாம். அதேபோல, KClகரைசலுக்கு பதிலாக, NaCl கரைசலைக்கூட பயன்படுத்தலாம். ஆனால், கிராபீனும் KCl கரைசலும் நன்முறையில் செயல்படுவதாக ஆய்வாளர்கள் கூறுகின்றனர்.

பயன்பாடுகள் :

இக்கண்டுபிடிப்பு வெறும் தர்க்க செயல்பாடுகளுக்கானது மட்டும் அல்ல. இது பல துறைகளில் பயன்படும் சாத்தியக்கூறுகள் உள்ளது. அவை,

• இது அடிப்படையில் ஒரு உலோக அயனிகளை சிறைபடுத்தி (trap) வைத்துக்கொள்ளும் கட்டமைப்பாகும். எனவே, இதனை ஒரு ஆற்றல் சேமிப்பு கலனாக பயன்படுத்தலாம்.
• இந்த கிராபீன் தளத்தில் நாம் சிறிய அளவில் மின்னழுத்தத்தைக் கொடுத்தால், அதன் வெளியீடு அதிக அளவில் உள்ளது. எனவே, இதனை உணர்திறன் மிக்க உணரியாக (sensitive sensors) அயனிகளை உணர (ion sensing) பயன்படுத்தலாம்.
• இதன் மற்றுமொரு சிறப்பம்சம், இதனால் டெரா ஹெட்ஸ் (THz)அளவிலான அதிக அளவு கதிர்வீச்சை உள்வாங்கவும் வெளியிடவும் முடியும். சிறைபட்டுள்ள அனைத்து K+ அயனிகளும் THz அளவில் ஒத்ததிர்வுக்கு (resonate frequency) உள்ளாகும் பொழுது இது சாத்தியம் ஆகும். எனவே, இது கம்பியில்லா தகவல் தொடர்பு மற்றும் மருத்துவ துறையில் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றத்தை ஏற்படுத்த வல்லது.
• இதன் தர்க்க செயல்பாடு, டிரான்சிஸ்டர்கள் போல் உள்ளதால்… இன்றைய, IC, Microcontroller மற்றும் Microprocessor போன்றவற்றில் காணப்படும் டிரான்சிஸ்டர் தொகுப்புகளுக்கு நல்ல மாற்றாக அமையலாம். இதன் மிகச் சிறிய அளவு கூடுதல் சிறப்பு. இது தன்னுள் கரைசலாக திரவத்தை கொண்டுள்ளதால் இதனை குளிர்விக்க வேண்டிய தேவை இருக்காது அல்லது தற்போதைய Microprocessor களை விட குறைவாக தேவைப்படலாம்.
• இது திரவ கணிப்பு கருவிகளுக்கு (fluidic Computing) ஒரு அடிப்படையாக அமையலாம்.இவ்வாறு பல தரப்பட்ட பயன்பாடுகளை கொண்டுள்ளது இந்த தொழில்நுட்பம்.

இவ்வளவு கூறியாயிற்று… ஆனால், இன்னும் இதன் ஆய்வாளர்கள் குறித்து ஏதும் கூறவில்லையே….! இதோ….

இந்த ஆய்வை நிகழ்த்தியவர்கள் National Institute of Standards and Technology (NIST) -ஐ சார்ந்த ஆய்வுக் குழு ஆகும்.

இந்த ஆய்வு குறித்த தங்கள் ஆராய்ச்சி கட்டுரையை ACS Nanoதளத்தில் சமர்பித்துள்ளனர்.

அடடே….!

ஒரு முக்கிய விடயத்தை கூற மறந்துவிட்டேன். இவ்வாய்வுக் குழு இந்த ஆய்வை கணினியில் நிகழ்த்தியுள்ளனர்…. ஆம். கணினியில் தான்….!

மூலக்கூறு இயக்கவியல் உருவக பயன்பாடை (Molecular Dynamics Simulation) பயன்படுத்தி, இந்த ஆய்வாளர்கள் இந்த தொழில்நுட்பத்தினை கருத்தியலாக மட்டுமே நிறுவியுள்ளனர் (Theoretically proved). ஆனால், இனிதான் இவர்கள் ஆய்வு அடிப்படையில் சோதித்து நிறுவ (practically) வேண்டும்.

விரைவில் சோதித்து பயன்பாட்டுக்கு வருமா…? என பொருத்திருந்துதான் பார்க்க வேண்டும்.

---

உசாத்துணை:

=> https://physicsworld.com/a/2d-sheets-help-make-liquid-logic/

paper    : https://arxiv.org/pdf/1805.01570.pdf 

video    : https://cdnapisec.kaltura.com/index.php/extwidget/preview/partner_id/684682/uiconf_id/31013851/entry_id/1_oz4oap2o/embed/dynamic

images :

=> https://search.creativecommons.org/

=> By Ben Mills – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3975265

நன்றி