നാനോ വയറുകൾ (Quantum wires) എന്ന കാണാച്ചരടുകൾ 

Sabujose

⭕ ഭൗതികശാസ്ത്ര ഗവേഷകരുടെ മേശപ്പുറത്തുള്ള ഏറ്റവും ‘ഹോട്ട് ടോപ്പിക്’ഏതാണെന്ന് ചോദിച്ചാൽ ഒരുത്തരമേ ഉണ്ടാകൂ. നാനോ വയറുകൾ. സെൻസറുകൾ, എൽ. ഇ. ഡി തുടങ്ങി വിവിധ മേഖലകളിൽ ഉപയോഗപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ് നാനോ വയറുകളുടെ പിന്നിലുള്ളത്. ക്വാണ്ടം കൺഫൈന്മെന്റ് എന്ന് സാങ്കേതികമായി പറയുന്ന പ്രതിഭാസത്തിലൂടെയാണ് നാനോ വയറുകൾ നിർമിക്കുന്നത്. അതിസൂക്ഷ്മങ്ങളായ ഈ കമ്പികൾക്ക് അവ നിർമിക്കാനുപയോഗിച്ചിരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന പദാർഥങ്ങളേക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനം നടത്താൻ കഴിയും. ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ഫോട്ടോണുകളുടെയും സവിശേഷതകൾ സമർഥമായി ഉപയോഗിച്ചാണ് നാനോ വയറുകൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. വയറുകളുടെ ചാലകതയും അവയ്ക്ക് പ്രകാശവുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനവും നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ഈ സൂക്ഷ്മ കണികകളുടെ പ്രവർത്തനം വഴിയാണ്. നാനോ വയറുകൾക്ക് അവയുടെ വ്യാപ്തത്തെ അപേക്ഷിച്ച് കൂടുതൽ പ്രതല വിസ്തീർണം സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുന്നതുകൊണ്ട് സൂക്ഷ്മവും അതേസമയം പ്രവർത്തന മികവുള്ളതുമായ സെൻസറുകളുടെ നിർമാണവും നിയന്ത്രണവും നാനോ വയറുകളുടെ പ്രവർത്തന മികവിനെ ആശ്രയിച്ചായിരിക്കും ഉണ്ടാവുന്നത്.

⭕ നഗ്നനേത്രങ്ങൾ കൊണ്ട് കാണാൻ കഴിയുന്നതിലും ലോലമായ ലോഹ-അലോഹ വയറുകളാണ് നാനോ വയറുകൾ. അവയുടെ വ്യാസം ഒരു നാനോ മീറ്ററാണ് (10 ^-9മീ). മനുഷ്യന്റെ മുടിയുടെ വ്യാസം 60 മുതൽ 120 മൈക്രോ മീറ്ററുകൾക്കിടയിലാണുള്ളത്. ഒരു മൈക്രോ മീറ്റർ എന്നാൽ 1000 നാനോ മീറ്ററാണ്. അപ്പോൾ ഒരു നാനോ വയറിന്റെ കട്ടി ഒരു തലമുടി 60,000 പ്രാവശ്യം കീറിയെടുക്കുന്നതിന് തുല്യമായിരിക്കും. ക്വാണ്ടം വയറുകൾ എന്നും നാനോ വയറുകളെ വിളിക്കാറുണ്ട്. പ്രാഥമികമായി ഇവയെ മൂന്നു തരത്തിൽ വർഗീകരിക്കാൻ കഴിയും. നിക്കൽ, പ്ളാറ്റിനം, സ്വർണം എന്നീ ലോഹങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചും അർധ ചാലകങ്ങളായ (Semi Conductors) സിലിക്കൺ, ഗാലിയം എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചും. വൈദ്യുത ചാലകതയില്ലാത്ത സിലിക്കൺ ഡയകോസൈഡ്, ടൈറ്റാനിയം ഡയോക്സൈഡ് എന്നീ സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചും ആണ് നാനോ വയറുകൾ നിർമിക്കുന്നത്. നാനോ ടെക്നോളജിയിലെ അതിസൂക്ഷ്മ സർക്യൂട്ടുകളിലെ അനുബന്ധ ഘടകങ്ങളുടെ നിർമാണത്തിൽ നാനോ വയറുകളുടെ പങ്ക് ഒഴിവാക്കാൻ കഴിയില്ല. അതു കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണിക്, നാനോ ഇലക്ട്രോ-മെക്കാനിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലെ അടിസ്ഥാന ഘടകമായും നാനോ വയറുകൾ മാറുകയാണ്. ബയോ മോളിക്കുലർ സെൻസറുകൾക്ക് നാനോ വയറുകളില്ലാതെ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല.

⭕ പ്രധാനമായും രണ്ടു പ്രക്രിയകളിലൂടെയാണ് നാനോ വയറുകൾ ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. ടോപ്പ് -ഡൗൺ, ബോട്ടം-അപ്പ് എന്നിങ്ങനെയാണ് ഈ പ്രക്രിയകൾക്ക് പറയുന്ന പേരുകൾ. ഇലക്ട്രോഫോറെസിസ് വിദ്യയിലൂടെ വലിയൊരു പദാർത്ഥത്തെ അതിസൂക്ഷ്മ ഘടകങ്ങളായി വിഭജിക്കുന്നതാണ് ടോപ്പ്- ഡൗൺ പ്രക്രിയ. അടിസ്ഥാന പദാർഥത്തിന്റെ ആറ്റങ്ങളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതാണ് ബോട്ടം-അപ് പ്രക്രിയയിൽ ചെയ്യുന്നത്. പൊതുവെ നാനോ വയറുകൾ നിർമിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ബോട്ടം-അപ് പ്രക്രിയയാണ്. ഇതുകൂടാതെ പരീക്ഷണ ശാലയിൽ വെച്ച് മറ്റു മാറ്റങ്ങളിലൂടെയും ഇവയുടെ നിർമാണം നടത്താൻ കഴിയും. വി. എൽ. എസ് സിന്തസിസ് (Vapour Liquid Solid Synthesis), അയോൺ ട്രാക്കിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ (Ion Tracking Technology), ചില വൈദ്യുത രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ (Electro-Chemical Deposition) എന്നിവ വഴിയും നാനോ വയറുകൾ നിർമിക്കുന്നുണ്ട്.

⭕ നാനോ വയറുകളുടെ ചാലകത അവയുടെ ഊർജ നിലയുടെ ക്വാണ്ടീകരണത്തെ (Quantization) ആശ്രയിച്ചാണിരിക്കുന്നത്. അതാകട്ടെ നാനോ വയറുകളുടെ നിർമിതിക്കുപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന പദാർഥങ്ങളേക്കാൾ കുറവുമായിരിക്കും. നാനോ വയറുകൾ അതിസൂക്ഷ്മങ്ങളായതുകൊണ്ട് വയറുകളുടെ വ്യാസം കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച് അവയിലൂടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രവഹിക്കുന്നതിനുള്ള പഥങ്ങളുടെ എണ്ണം കുറയുന്നതുകൊണ്ടാണിങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നത്. എന്നാൽ നാനോ വയറുകളിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ വോൾട്ടത വർധിപ്പിച്ച് ഈ പരിമിതി മറികടക്കാൻ കഴിയും.

⭕ 2008 ൽ ഗവേഷകർ നാനോ വയർ വെൽഡിംഗ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതോടെ വ്യാവസായിക മേഖലയിൽ നാനോ വയറുകൾ പ്രകടനം ആരംഭിച്ചു കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. പത്ത് നാനോ മീറ്റർ മാത്രം വ്യാസമുള്ള ഫ്യൂസുകളുടെ നിർമാണത്തിലും അതിലൂടെ അതിസൂക്ഷ്മങ്ങളായ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമാണത്തിലും ഇന്ന് നാനോ വയർ വെൽഡിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. എങ്കിലും നാനോ വയറുകളുടെ ഉല്പാദനം ഇപ്പോഴും പൂർണമായി വികസിച്ചെന്നു പറയാൻ കഴിയില്ല. പ്രധാനമായും അവയുടെ ഉല്പാദനം പരീക്ഷണ ശാലയിലെ നിയന്ത്രിത സാഹചര്യങ്ങളിലാണ് നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നത്. എങ്കിലും ഇപ്പോൾ നിലവിലുള്ള കാർബൺ നാനോ ട്യൂബുകൾക്ക് പകരമായി നാനോ വയറുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. പുതു തലമുറ കമ്പ്യൂട്ടർ സാങ്കേതിക വിദ്യയിലും നാനോ വയറുകളുടെ പ്രഭാവം തുടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിലെ പ്രധാന ഘടകമായ പി-ടൈപ്പ്, എൻ-ടൈപ്പ് സെമി കണ്ടക്ടറുകൾക്ക് പകരമായി ഇപ്പോള് അർധ ചാലക നാനോ വയറുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. സുതാര്യമായ ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ നിർമാണത്തിലും വളയ്ക്കാനും തിരിക്കാനുമെല്ലാം കഴിയുന്ന ഫ്ളാറ്റ് സ്ക്രീൻ ഡിസ്പ്ളേ ബോർഡുകളുടെ നിർമിതിയിലുമെല്ലാം ഇപ്പോൾ നാനോ വയർ സാങ്കേതിക വിദ്യ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നുണ്ട്.

⭕ അന്തരീക്ഷ വായുവിലെ ഘടകങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത പരിശോധിക്കുന്നതിനുള്ള ചെലവു കുറഞ്ഞ ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമിതിയിൽ നാനോ വയറുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് 2012 ഫെബ്രുവരിയിൽ പിറ്റ്സ്ബെർഗ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തിയത് ഈ മേഖലയിൽ പുതിയൊരു കാൽവയ്പാണ്. വിഷ വാതകങ്ങളുടെ നേരിയ സാന്നിധ്യം പോലും കണ്ടെത്തി നിർദേശം നൽകാൻ ഈ സങ്കേതത്തിലൂടെ സാധിക്കും. സോളാർ വിൻഡോ കോട്ടിംഗിനും നാനോ വയർ ടെക്നോളജി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് എം. ഐ. ടി യിലെ ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. ഭൗതികശാസ്ത്ര ഗവേഷണ മേഖലയിലെ ഓരോ പ്രഭാതവും ആരംഭിക്കുന്നത് നാനോ വയർ ടെക്നോളജിയിൽ പുതിയൊരു വഴിത്തിരിവുമായാണ്