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तेज़ और सुगठित इलेक्ट्रानिक्स के लिए ग्रैफीन का उपयोग

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तेज़ और सुगठित  इलेक्ट्रानिक्स के लिए ग्रैफीन का उपयोग

आईआईटी बॉम्बे के शोधकर्ताओ ने ग्रैफीन नैनोरिबन्स का उपयोग करके अत्यधिक कुशल ट्रांजिस्टर बनाया है। 

चूंकि इलेक्ट्रॉनिक यंत्र हमारे जीवन के कई पहलुओं पर हावी होते हैं, छोटे यंत्र जो अधिक कार्यक्षमता समायोजित कर सकते हैं और कम शक्ति का उपभोग करते हैं, वे तेजी से लोकप्रिय होते जा रहे हैं। ट्रांजिस्टर- इन उपकरणों के मूल निर्माण खंडों में से एक- उनके आकार, गति, दक्षता और बैटरी जीवन को निर्देशित करता है। हाल ही के एक अध्ययन में, भारतीय प्रोद्यौगिकी संस्थान, मुंबई (आईआईटी बॉम्बे) की श्रीमती पूनम जंगीद, श्री दाउथ पठान और प्राध्यापक अनिल कोट्टंथरायिल ने ग्रैफेनी ट्रांजिस्टर को 20 नैनोमीटर जितना छोटा बनाने के लिए एक तकनीक विकसित की है (कागज के एक पत्र की मोटाई से 5000 गुना पतला)। ये ग्राफेन ट्रांजिस्टर स्टैंडबाय स्थिति में कम शक्ति का उपभोग करते हैं और परिपथ संचालन को सुगम कर सकते हैं।

सिलिकॉन और इसी तरह के अर्धचालक पदार्थ पारंपरिक रूप से ट्रांजिस्टर बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, छोटे लेकिन तेज सिलिकॉन ट्रांजिस्टर बनाने के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां हैं। एक विकल्प ग्रैफीन है, जो कार्बन का एक क्रिस्टलीय रूप है जो कार्बन परमाणुओं की एक परत से बना है। अपने शुद्ध रूप में, ग्रैफीन एक चालक है। लेकिन, इसकी संरचना को बदलकर, इसे अर्धचालक में बदला जा सकता है, जिससे अगली पीढ़ी के ट्रांजिस्टरों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए इसे आदर्श उम्मीदवार बनाया जा सकता है।

ग्रैफीन नैनोरिबन्स, ग्रैफीन की एक पट्टी है जिसे कुछ कार्बन परमाणुओं को हटाकर इसकी सतह पर समानांतर चैनल उत्पन्न करके बनाई जाती है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि चैनल के किनारे की चौड़ाई और संरचना को बदलकर ग्रैफीन की चालकता को नियंत्रित किया जा सकता है; पट्टी की चौड़ाई जितनी ही संकीर्ण होगी, चालकता उतनी ही कम। प्राध्यापक कोट्टंथरायिल कहते हैं, "सिलिकॉन ट्रांजिस्टर की तुलना में, ग्रैफीन ट्रांजिस्टर १०० गुना तेज हो सकते हैं।"

अब तक, ग्रैफीन नैनोरिबन्स या तो रासायनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से या निकल, तांबे या लोहे जैसे धातुओं के नैनोक्रिस्टल का उपयोग करके ग्रैफीन फिल्मों पर निक्षारण (नक़्क़ाशी) द्वारा संश्लेषित कर रहे हैं। हालांकि, न तो रासायनिक संश्लेषण और न ही निक्षारण की कोई ज्ञात विधि एक निर्विघ्ऩ और वांछनीय धार संरचना के साथ ग्रैफीन नैनोरिबन्स पैदा करता है। कार्बन पत्रिका में प्रकाशित इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने प्लैटिनम नैनोक्रिस्टल की मदद से ग्रैफीन फिल्मों को निक्षारण करके ग्रैफीन नैनोरिबन्स बनाये हैं। चूंकि प्लैटिनम एक लगभग निष्क्रिय पदार्थ है और यह एक उपयोगी रासायनिक उत्प्रेरक है, इसलिए यह १०-२० नैनोमीटर वाली चिकनी किनारों की चौड़ाई के साथ अच्छी गुणवत्ता वाले ग्रैफीन नैनोरिबन्स उत्पन्न करता है। हाइड्रोजन और आर्गन गैस के मिश्रण की उपस्थिति में यह प्रक्रिया लगभग १००० सेंटीग्रेड के तापमान पर की गई थी।

ट्रांजिस्टर स्विच के रूप में कार्य करते हैं जो चालू होने पर धारा प्रवाह की अनुमति देते हैं और इन्हे बंद करने पर रोक देते हैं। हालांकि, व्यावहारिक रूप से, एक छोटा, नगण्य धारा, जिसे रिसाव धारा (आई ऑफ) कहा जाता है, ट्रांजिस्टर बंद होने पर भी बहती है। इस रिसाव धारा के कारण ही इलेक्ट्रॉनिक उपकरण स्टैंडबाय अवस्था में भी बैटरी की शक्ति का उपभोग करते हैं। आदर्श रूप से, एक कुशल ट्रांजिस्टर का लक्ष्य रिसाव धारा के मान को कम से कम रखना है। ट्रांजिस्टर के माध्यम से चलने वाले धारा का उच्च मान (आई-ऑन) इंगित करता है कि उपकरण में उच्च चालकता है, और इसे तेज़ी से चालू और बंद किया जा सकता है।

“आई-ऑन/आई-ऑफ ट्रांजिस्टर की स्विचिंग प्रभावकारिता के लिए योग्यता का पैमाना है। उच्च आई-ऑन के परिणामस्वरुप तेज परिपथ और कम आई-ऑफ कम स्टैंडबाय पावर के लिए वांछनीय है", प्राध्यापक कोट्टंथरायिल बताते हैं।

शोधकर्ताओं द्वारा निर्मित ग्रैफीन ट्रांजिस्टर ने कमरे के तापमान पर ६०० के उच्च आई-ऑन  / आई-ऑफ अनुपात और न केवल पारंपरिक ट्रांजिस्टर की तुलना में बल्कि अन्य तरीकों से बने ग्रैफीन नैनोरिबन्स ट्रांजिस्टर से उच्च चालकता प्रदर्शित की है। यद्यपि निकल नैनोक्रिस्टल-आधारित निक्षारण उपयोग करके ग्रैफीन नैनोरिबन्स ट्रांजिस्टर को कमरे के तापमान पर ५००० का उच्च आई-ऑन / आई-ऑफ अनुपात होता है, लेकिन उनके पास बहुत कम चालकता होती है, जो उपकरण को गर्म करने में सक्षम होती है, जिससे इसकी दक्षता कम हो जाती है।

हालांकि अध्ययन के निष्कर्ष रोमांचक हैं लेकिन ग्रैफीन नैनोरिबन्स ट्रांजिस्टर अभी भी वास्तविकता से बहुत दूर हैं। "ग्रैफीन नैनोरिबन्स को नैनो-स्तर परिपथ में इस्तेमाल करने के लिए कम दोषों के साथ बड़े पैमाने पर बनाने के लिए आवश्यकता है। अभी भी ग्रैफीन नैनोरिबन्स कम से कम दस साल अपने व्यापक अनुप्रयोगों से दूर हैं", प्राध्यापक कोट्टंथरायिल कहते हैं।

निक्षारण से ग्रैफीन नैनोरिबन्स संश्लेषित करने में एक बड़ी कमी यह है कि इसमें कई दोष होते हैं। इसलिए, बड़े पैमाने पर नैनोरिबन्स का उत्पादन करने के लिए, गैर-निक्षारण आधारित तकनीकों को विकसित करने की आवश्यकता है।

"कुछ संभावित शोध दिशा में उत्प्रेरक नैनोकणों के निर्देशित संचलन शामिल होते हैं जो रूचि के विशिष्ट स्थानों पर जमा या उगाए जाते हैं। निक्षारण आधारित तकनीकों के साथ हमारे शोध में उपयोग की जाने वाली कुछ तकनीकों का अध्ययन करना दिलचस्प हो सकता है," प्राध्यापक कोट्टंथरायिल ने संकेत दिया।