വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്ത ലോഹം വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്നു, അഭിമാനമായി ഇന്ത്യന്‍ ഗവേഷകര്‍

ചാലകം-ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ അവസ്ഥാന്തരങ്ങള്‍ സംബന്ധിച്ച മുന്‍ ധാരണകളെ തിരുത്തിയ കണ്ടെത്തലിന് നേതൃത്വം നല്‍കിയ ഐഐടി പ്രഫസര്‍ സൗരഭ് ബസു സയന്‍സ് ഇന്‍ഡിക്കയോട് സംസാരിക്കുന്നു

  
0:00
-7:03

വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാനുള്ള ശേഷിയുടെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ വസ്തുക്കളെ ചാലകങ്ങള്‍ (Conductors) എന്നും അര്‍ദ്ധചാലകങ്ങള്‍ (സെമി കണ്ടക്‌റ്റേഴ്‌സ്) എന്നും ഇന്‍സുലേറ്ററുകളെന്നും തരം തിരിച്ചിട്ടുള്ളതായി നമുക്കറിയാം.

വളരെ എളുപ്പത്തില്‍ വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്നവയാണ് ചാലകങ്ങള്‍. സ്വര്‍ണം, വെള്ളി, ചെമ്പ്, സ്റ്റീല്‍, അലൂമിനിയം തുടങ്ങിയ ലോഹങ്ങളെല്ലാം ചാലകങ്ങളാണ്. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം മൂലമാണ് ഇവിടെ വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നത്.

വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്ത വസ്തുക്കളെ ഇന്‍സുലേറ്ററുകള്‍ എന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. പ്ലാസ്റ്റിക്, തടി തുടങ്ങിയവ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. ഇവ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പ്രവാഹത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. എന്നാല്‍ ഇവയ്ക്ക് രണ്ടിനും ഇടയില്‍ വൈദ്യുതവാഹകശേഷി ഉള്ളവയാണ് സെമികണ്ടക്റ്ററുകള്‍ അഥവാ അര്‍ദ്ധചാലകങ്ങള്‍. സാധാരണഗതിയില്‍ ഇവ വൈദ്യുതി കടത്തിവിടില്ല. എന്നാല്‍ സാഹചര്യങ്ങളില്‍ മാറ്റം വരുമ്പോള്‍ ഇവ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം അനുവദിക്കും.

ഒരു ലോഹത്തിലെ ഇംപ്യൂരിറ്റീസ് (അന്യ ഘടകങ്ങള്‍. ഡിഫക്റ്റ്സ് എന്നും ഡിസോഡര്‍ എന്നും ഇവയെ വിളിക്കാറുണ്ട്.) ആ ലോഹത്തിലൂടെയുള്ള സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രാണുകളുടെ ഒഴുക്കിനെ തടസ്സപ്പെടുത്താറുണ്ട്. നിശ്ചിത പരിധി പിന്നിട്ടാല്‍ അത്തരം ഇംപ്യൂരിറ്റീസ് പൂര്‍ണ്ണമായും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒഴുക്ക് തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ആ ലോഹം ഒരു ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ ആയി മാറുകയും ചെയ്യും. ഇതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ഐഐടി ഗുവാഹട്ടിയിലെ ഊര്‍ജ്ജതന്ത്രജ്ഞര്‍ അടുത്തിടെ ഒരു മാതൃക വികസിപ്പിക്കുകയുണ്ടായി.


നിശ്ചിത മൂല്യത്തിനപ്പുറം ഇംപ്യൂരിറ്റീസിന്റെ അളവ് വര്‍ധിപ്പിച്ചാല്‍ ഒരു ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ വീണ്ടും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒഴുക്കിനെ അനുവദിക്കുകയും അങ്ങനെ ലോഹം വീണ്ടും വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്ന അവസ്ഥയിലേക്ക് തിരിച്ചെത്തുകയും ചെയ്യുമെന്ന് പഠനം


നിശ്ചിത മൂല്യത്തിനപ്പുറം ഇംപ്യൂരിറ്റീസിന്റെ അളവ് വര്‍ധിപ്പിച്ചാല്‍ ഒരു ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ വീണ്ടും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒഴുക്കിനെ അനുവദിക്കുകയും അങ്ങനെ ലോഹം വീണ്ടും വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്ന അവസ്ഥയിലേക്ക് തിരിച്ചെത്തുകയും ചെയ്യുമെന്നാണ് അവരുടെ ആ മാതൃക വിശദീകരിച്ചത്. ലോഹം ഇന്‍സുലേറ്ററായി മാറുന്നത് സംബന്ധിച്ച അടിസ്ഥാനപരമായ ബോധ്യത്തിന് വിരുദ്ധമാണെന്ന് മാത്രമല്ല അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്ത്രം കൂടി ഉള്‍പ്പെടുന്ന തരത്തില്‍ പുതിയ ദിശയിലുള്ള ഗവേഷണത്തിന് അവസരം നല്‍കുന്നത് കൂടിയാണ് ഈ കണ്ടെത്തലെന്ന് ഗവേഷകര്‍ സയന്‍സ് ഇന്‍ഡിക്കയോട് പറയുന്നു. ഒരു ലോഹത്തിന്റെ അല്ലെങ്കില്‍ ചാലകത്തിന്റെ ഏകമാന പ്രതലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഈ മാതൃക അതിലൂടെയുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പ്രവാഹത്തെ കുറിച്ചും സ്വഭാവത്തെ കുറിച്ചും ചില പുതിയ അറിവുകള്‍ ഗവേഷകര്‍ക്ക് നല്‍കി.

ഇംപ്യൂരിറ്റീസിന്റെ അളവ് നിശ്ചിത മൂല്യം(ക്രിട്ടിക്കല്‍ വാല്യൂ)പിന്നിട്ടാല്‍ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം നിലയ്ക്കുന്നു. അതോടെ ആ ലോഹം ഇന്‍സുലേറ്ററാകുന്നു. പക്ഷേ പിന്നീട് വീണ്ടും ഇംപ്യൂരിറ്റീസിന്റെ അളവ് വര്‍ധിപ്പിച്ചാല്‍ കൈനറ്റിക് എനര്‍ജി അഥവാ ഗതികോര്‍ജ്ജത്തിന്റെ പിന്‍ബലത്തില്‍ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ വീണ്ടും ചലിച്ച് തുടങ്ങുകയും ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്ന അവസ്ഥയിലേക്ക് എത്തുകയും ചെയ്യുമെന്ന് സൗരഭ് ബസു, തപന്‍ മിശ്ര എന്നിവരുടെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഗവേഷക സംഘം വിശദീകരിക്കുന്നു. ഇത്തരമൊരു അവസ്ഥാന്തരം മൂലം ആ ലോഹത്തെ ശരിക്കുമുള്ള ചാലകമെന്നോ ഇന്‍സുലേറ്ററെന്നോ വിളിക്കാന്‍ സാധിക്കില്ല. കാരണം ഇംപ്യൂരിറ്റീസ് ഒട്ടുമില്ലാത്ത അവസ്ഥയില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ പ്രവാഹം അനുവദിക്കുന്ന ലോഹമല്ല അപ്പോഴത്.

ഗവേഷണത്തിന് നേതൃത്വം നല്‍കിയ ഐഐടി പ്രഫസര്‍ സൗരഭ് ബസു തങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തല്‍ സംബന്ധിച്ച് സയന്‍സ് ഇന്‍ഡിക്കയ്ക്ക് നല്‍കിയ അഭിമുഖത്തില്‍ പറയുന്നതിങ്ങനെ. 'എല്ലാ ക്രിസ്റ്റലൈന്‍ ഖരവസ്തുക്കളും ആറ്റങ്ങളോ അയോണുകളോ കൊണ്ട് നിര്‍മ്മിച്ചവയാണ്. മൈക്രോസ്‌കോപ്പിലൂടെ നോക്കിയാല്‍ ഇവയുടെ അടിസ്ഥാനഘടനയുടെ ആവര്‍ത്തനം കാണാന്‍ സാധിക്കും. ഈ ഖരവസ്തുവിലൂടെ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ പ്രവഹിക്കുമ്പോള്‍ ഇത്തരത്തിലുള്ള, ആവര്‍ത്തിച്ച് വരുന്ന ആറ്റം ഘടനകള്‍ അവയ്ക്ക് തടസ്സമായി മാറും. എന്നാല്‍ ഈ തടസ്സങ്ങളെ മറികടക്കാനുള്ള ഊര്‍ജ്ജം ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക് ഉണ്ടെങ്കില്‍ ആ വസ്തു ഒരു ചാലകമായി വര്‍ത്തിക്കും. അല്ലാത്തപക്ഷം അതൊരു ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ ആയിരിക്കും.


വസ്തുക്കളെ ചാലകം, ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ എന്നീ വ്യത്യസ്ത അവസ്ഥകളിലൂടെ ആവശ്യാനുസരണം മാറ്റാനായാല്‍ ഭാവിയില്‍ ഇലക്ട്രിക്കല്‍, ഇലക്ട്രോണിക് സര്‍ക്യൂട്ടുകളില്‍ ഒരു ഘടകമായി, വ്യാവസായിക പ്രാധാന്യമുള്ള ഒന്നായി പുതിയ കണ്ടെത്തല്‍ മാറും


1985ല്‍ നൊബേല്‍ പുരസ്‌കാര ജേതാവായ പി ഡബ്ല്യൂ ആന്‍ഡേഴ്സണ്‍ അവതരിപ്പിച്ച കണ്ടെത്തല്‍ പ്രകാരം ഒരു ഖരവസ്തുവില്‍ ഇത്തരത്തിലുള്ള തടസ്സങ്ങള്‍ ആവര്‍ത്തിച്ച് വരുന്ന രീതിയിലല്ല, മറിച്ച് അടുക്കും ചിട്ടയുമില്ലാത്ത രീതിയിലാണ് ഉള്ളതെങ്കില്‍ ആ വസ്തു ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ ആയി മാത്രമേ പ്രവര്‍ത്തിക്കൂ. എന്നാല്‍ തങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തല്‍ വ്യക്തമാക്കുന്നത്, ഒരു ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള വസ്തുവില്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ പ്രത്യേക രീതിയിലാണ് വിന്യസിച്ചിട്ടുള്ളതെങ്കില്‍, അതായത് ആവര്‍ത്തിച്ച് വേണമെന്നില്ല എന്നാല്‍ അടുക്കും ചിട്ടയുമില്ലാത്ത രീതിയില്‍ അല്ലതാനും (രണ്ടിനും ഇടയിലുള്ള അവസ്ഥ), ആ വസ്തു ചാലകം, ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ എന്നീ അവസ്ഥകളിലൂടെ മാറി മാറി കടന്നുപോകുന്നു. അതിനാലാണ് ചാലകം- ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ അവസ്ഥാന്തരങ്ങള്‍ സംബന്ധിച്ച മുന്‍ ധാരണകള്‍ക്ക് വിരുദ്ധമായ കണ്ടെത്തലാണ് ഇതെന്ന് ഞങ്ങള്‍ അവകാശപ്പെടുന്നത്.'

ഈ കണ്ടെത്തല്‍ നിത്യജീവിതത്തില്‍ യാതൊരു വ്യത്യാസവും ഉണ്ടാക്കാന്‍ പോകുന്നില്ലെങ്കിലും വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളില്‍ വസ്തുക്കളുടെ സ്വഭാവം സംബന്ധിച്ച നമ്മുടെ അറിവുകള്‍ വികസിപ്പിക്കാന്‍ ഇത് ഉപകാരപ്രദമാകുമെന്ന് ബസു സയന്‍സ് ഇന്‍ഡിക്കയോട് പറയുന്നു.

വിവിധതരം ക്വാണ്ടം വസ്തുക്കളില്‍ പലതരം പരീക്ഷണങ്ങള്‍ക്ക് അവസരം നല്‍കുന്ന കണ്ടെത്തല്‍ കൂടിയാണിത്. വസ്തുക്കളെ ചാലകം, ഇന്‍സുലേറ്റര്‍ എന്നീ വ്യത്യസ്ത അവസ്ഥകളിലൂടെ ആവശ്യാനുസരണം മാറ്റാനായാല്‍ ഭാവിയില്‍ ഇലക്ട്രിക്കല്‍, ഇലക്ട്രോണിക് സര്‍ക്യൂട്ടുകളില്‍ ഒരു ഘടകമായി, വ്യാവസായിക പ്രാധാന്യമുള്ള ഒന്നായി ഈ കണ്ടെത്തല്‍ മാറിയേക്കാമെന്നും ബസു വ്യക്തമാക്കുന്നു.