ന്യൂഡൽഹി /2026/സെപ്തംബർ 01
താപനിലയിലെ ചെറിയ വ്യത്യാസം ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുത വോൾട്ടേജ് സൃഷ്ടിക്കുന്നതിൽ ഇതുവരെ കരുതിയിരുന്ന പരിധിയെ മറികടക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റൽ അർധചാലക വസ്തു ഗവേഷകർ വികസിപ്പിച്ചു. ശാസ്ത്ര സാങ്കേതിക വകുപ്പിന് കീഴിലുള്ള ജവഹർലാൽ നെഹ്റു സെന്റർ ഫോർ അഡ്വാൻസ്ഡ് സയന്റിഫിക് റിസർച്ചിലെ ഗവേഷകരാണ് ഓസ്ട്രേലിയയിലെ സിഡ്നി സർവകലാശാലയുടെയും ബെംഗളൂരുവിലെ ഇന്ത്യൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസിന്റെയും സഹകരണത്തോടെ നേട്ടം കൈവരിച്ചത്. സാധാരണ ശാസ്ത്രപാഠപുസ്തകങ്ങളിൽ കണക്കാക്കിയതിനെക്കാൾ ഏകദേശം ആയിരം മടങ്ങ് വലിയ വൈദ്യുത വോൾട്ടേജ് സൃഷ്ടിക്കാനാകുമെന്നാണ് കണ്ടെത്തൽ. അതിസൂക്ഷ്മ താപനില സെൻസറുകൾ, ചൂട് കണ്ടെത്തുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ, ക്വാണ്ടം സെൻസിങ് സംവിധാനങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഇത് പുതിയ സാധ്യതകൾ തുറക്കുന്നു.
സീബെക് പ്രഭാവത്തിലെ പഴയ പരിധിയാണ് മറികടന്നത്
വ്യത്യസ്തമായ രണ്ട് വസ്തുക്കളുടെ സംഗമസ്ഥാനത്തിന്റെ ഒരറ്റം ചൂടാക്കുകയും മറ്റേ അറ്റം തണുപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ചാർജ് വഹിക്കുന്ന കണങ്ങൾ ചൂടുള്ള ഭാഗത്തുനിന്ന് തണുത്ത ഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങും. ഇതിലൂടെ വൈദ്യുത വോൾട്ടേജ് രൂപപ്പെടുന്നതാണ് സീബെക് പ്രഭാവം. രണ്ട് നൂറ്റാണ്ട് മുമ്പ് കണ്ടെത്തിയ ഈ പ്രതിഭാസമാണ് താപനില സെൻസറുകളിലും പാഴ്ചൂടിനെ വൈദ്യുതിയാക്കുന്ന താപവൈദ്യുത ജനറേറ്ററുകളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുള്ള ഖര വസ്തുക്കളിൽ സീബെക് ഗുണകം സാധാരണ ഏതാനും മില്ലിവോൾട്ട് പ്രതി കെൽവിൻ മാത്രമാണെന്നായിരുന്നു ദീർഘകാല ധാരണ. മിക്ക ലോഹങ്ങളിലും ഇത് ഏതാനും പതിനായിരത്തിലൊന്ന് വോൾട്ട് മാത്രമാണ്. മികച്ച അർധചാലകങ്ങളിലും സാധാരണ ഏതാനും നൂറ് മൈക്രോവോൾട്ട് പ്രതി കെൽവിനിൽ കൂടുതലാകാറില്ല. അയോണിക് ജെൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് പോലുള്ള ദ്രാവക സംവിധാനങ്ങളിലാണ് ഇതുവരെ മില്ലിവോൾട്ട് നിരക്കിൽ ഉയർന്ന മൂല്യങ്ങൾ കണ്ടിരുന്നത്.
സ്കാൻഡിയം നൈട്രൈഡ് പാളികളിൽ നിർണായക മാറ്റം
പ്രൊഫസർ ബിവാസ് സാഹയുടെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള സംഘമാണ് പരീക്ഷണം നടത്തിയത്. ജെ.എൻ.സി.എ.എസ്.ആറിലെ രേണുക കരഞ്ജെ, ധീമാഹി റാവു, ദീക്ഷ ദാധിച്ച്, സൗരവ് രുദ്ര, സിഡ്നി സർവകലാശാലയിലെ ആശാലത ഇന്ദിരാദേവി കമലാസനൻ പിള്ള, ഡോ. മാഗ്നസ് ഗാർബ്രെക്റ്റ്, ഇന്ത്യൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസിലെ പ്രൊഫസർ സുബ്രതോ മുഖർജി എന്നിവരും സംഘത്തിലുണ്ടായിരുന്നു. അൾട്രാഹൈ വാക്വം മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിങ് ഉപയോഗിച്ച് മഗ്നീഷ്യം ഓക്സൈഡ് അടിത്തറയിൽ സ്കാൻഡിയം നൈട്രൈഡിന്റെ നേർത്ത പാളികളാണ് സംഘം വളർത്തിയത്. ഓക്സിജൻ ഡോപന്റുകൾ മൂലം സ്വാഭാവികമായി ഉണ്ടാകുന്ന സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്വാധീനം കുറയ്ക്കാൻ മഗ്നീഷ്യം ചേർത്തു. ഇതിലൂടെ ശക്തമായി ഡോപ്പ് ചെയ്തതും ഉയർന്ന തോതിൽ ചാർജ് സമതുലിതമാക്കിയതുമായ അർധചാലക ഘടന ലഭിച്ചു. പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ള ഡോപന്റ് ആറ്റങ്ങൾ ക്രിസ്റ്റലിനുള്ളിൽ ഏകദേശം തുല്യമായി ചിതറിക്കിടക്കുന്ന ഘടനയാണിത്.
എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷനും ആറ്റംതല ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും ഉപയോഗിച്ച പരിശോധനയിൽ പാളികൾ ഏകക്രിസ്റ്റൽ, എപിറ്റാക്സിയൽ ഘടനയിൽ തന്നെ തുടരുന്നതായി സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഡോപന്റ് ആറ്റങ്ങൾ ഒരേപോലെ വിതരണം ചെയ്തിരുന്നു. രണ്ടാമത്തെ ഘട്ടങ്ങളോ അടിഞ്ഞുകൂടിയ കണങ്ങളോ കണ്ടെത്തിയില്ല. ഏകദേശം 200 നാനോമീറ്റർ കനമുള്ള പാളിയിൽ മുറിയിലെ താപനിലയ്ക്കടുത്ത് സീബെക് ഗുണകം മൈനസ് 124.6 മില്ലിവോൾട്ട് പ്രതി കെൽവിനിലധികമായി. സാധാരണ അജൈവ അർധചാലകങ്ങളിൽ കാണുന്നതിനെക്കാൾ നൂറുകണക്കിന് മുതൽ ആയിരത്തിലധികം മടങ്ങ് വരെയും, നേരത്തേ കരുതിയ പരമാവധി പരിധിയെക്കാൾ ഏകദേശം നൂറ് മടങ്ങ് വരെയും കൂടുതലാണിത്. ഹൈഡ്രോജെൽ, അയോണിക് ജെലാറ്റിൻ തുടങ്ങിയ ദ്രാവക സ്വഭാവമുള്ള അയോണിക് ചാലകങ്ങളിലെ മൂല്യങ്ങളെയും ഇത് മറികടന്നു. പാളിയുടെ കനം കുറച്ചപ്പോൾ പ്രഭാവം കൂടുതൽ ശക്തമായി.
പ്രതീക്ഷിക്കാത്ത കണ്ടെത്തലെന്ന് ഗവേഷക സംഘം
സ്കാൻഡിയം നൈട്രൈഡിലെ ക്രമക്കേടും ചാർജ് സമതുലിതാവസ്ഥയും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഗതാഗതത്തെ എങ്ങനെ മാറ്റുന്നു എന്നറിയാനായിരുന്നു ആദ്യം ശ്രമിച്ചതെന്ന് പഠനത്തിന് നേതൃത്വം നൽകിയ പ്രൊഫസർ ബിവാസ് സാഹ പറഞ്ഞു. റെക്കോർഡ് മൂല്യം കണ്ടെത്തുകയായിരുന്നു ലക്ഷ്യമല്ല. എന്നാൽ പൂർണമായും ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുള്ള ഏകഘട്ട അർധചാലകം താപവൈദ്യുത സ്വഭാവത്തിൽ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനെപ്പോലെ പെരുമാറുന്നതാണ് കണ്ടെത്തിയത്. നിയന്ത്രിതമായി സൃഷ്ടിക്കുന്ന ക്രിസ്റ്റൽ ക്രമക്കേടുകൾ ഖര വസ്തുക്കളിൽ വളരെ ഉയർന്ന താപവൈദ്യുത പ്രകടനത്തിനും സെൻസിങ് ശേഷിക്കും വഴിയൊരുക്കാമെന്നാണ് പഠനം സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ശക്തമായി ഡോപ്പ് ചെയ്ത് ഉയർന്ന തോതിൽ സമതുലിതമാക്കിയ സ്കാൻഡിയം നൈട്രൈഡിലെ താപവൈദ്യുത ശേഷി ബോൾട്സ്മാൻ പരിധി മറികടക്കുന്നതിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ബാൻഡ് രൂപരേഖയും ഗവേഷകർ അവതരിപ്പിച്ചു.
ഫോട്ടോൺ സെൻസറിന്റെ പ്രാഥമിക മാതൃകയും തയ്യാറാക്കി
രണ്ട് ക്രോമിയം കോൺടാക്ടുകളുള്ള സ്കാൻഡിയം നൈട്രൈഡ് പാളി ഉപയോഗിച്ച് സംഘം പ്രാഥമിക ഫോട്ടോൺ സെൻസറും നിർമിച്ചു. ഒരു കോൺടാക്ടിൽ ലേസർ പ്രകാശം പതിപ്പിച്ചപ്പോൾ വളരെ ചെറിയ പ്രാദേശിക താപനില വ്യത്യാസം ഉണ്ടായി. ഇതിലൂടെ മൈനസ് 102.4 മില്ലിവോൾട്ട് പ്രതി കെൽവിൻ സീബെക് പ്രതികരണം ലഭിച്ചു. സാധാരണ പ്രകാശം കണ്ടെത്താൻ ഇത് മതിയാകുമെന്നും കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ നടത്തിയാൽ മുറിയിലെ താപനിലയ്ക്കടുത്ത് ഒറ്റ ഫോട്ടോൺ വരെ കണ്ടെത്താനുള്ള സാധ്യതയുണ്ടെന്നും സംഘം പറയുന്നു. വോൾട്ടേജ് പ്രതികരണം വേഗത്തിലായിരുന്നു. പലതവണ പ്രകാശം പതിപ്പിച്ചപ്പോഴും ആവർത്തിക്കാനായി. വസ്തുവിൽ മാറ്റവും ഉണ്ടായില്ല. താപനിലയും ഫോട്ടോണുകളും കണ്ടെത്തുന്നതിനുള്ള താപവൈദ്യുത നേർത്തപാളി വസ്തുക്കളെയും സെൻസറുകളെയും അടിസ്ഥാനമാക്കി ഇന്ത്യൻ പേറ്റന്റ് അപേക്ഷയും സംഘം സമർപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്.
താപചിത്രീകരണം മുതൽ ക്വാണ്ടം സാങ്കേതികവിദ്യ വരെ സാധ്യത
പഠനഫലം പ്രശസ്ത ശാസ്ത്ര ജേണലായ ‘സയൻസ്’ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. അതിസൂക്ഷ്മ താപനില അളക്കൽ, കുറഞ്ഞ ശബ്ദമുള്ള താപചിത്രീകരണം, ഉയർന്ന റെസല്യൂഷനിലുള്ള ചൂട് പ്രവാഹം കണ്ടെത്തൽ, ബോളോമെട്രിക് ഉപകരണങ്ങൾ, ഇന്റർനെറ്റ് ഓഫ് തിങ്സ് സെൻസറുകൾ എന്നിവയിൽ കണ്ടെത്തൽ ഉപയോഗിക്കാമെന്നാണ് ഗവേഷകർ പറയുന്നത്. വളർന്നുവരുന്ന ക്വാണ്ടം സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്ക് ആവശ്യമായ ക്രയോജനിക് താപവൈദ്യുത ഒറ്റ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുകളിലും ഇത് പ്രയോജനപ്പെടാം. താപനില മാറുമ്പോൾ പ്രഭാവത്തിൽ വ്യക്തവും കുത്തനെയുമായ മാറ്റം ഉണ്ടാകുന്നതിനാൽ ഭാവിയിൽ താപനില നിയന്ത്രിത സീബെക് സ്വിച്ചുകൾക്കും സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് സംഘം വിലയിരുത്തുന്നു. പഠനത്തിന്റെ പ്രസിദ്ധീകരണ തിരിച്ചറിയൽ നമ്പറും പ്രൊഫസർ ബിവാസ് സാഹയുടെ ബന്ധപ്പെടാനുള്ള വിവരങ്ങളും പി.ഐ.ബി. പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്.
.
