ರಂಜಿನಿ ರಘುನಾಥ್‌
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ ಸಂಶೋಧಕರನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ತಜ್ಞರ ಹೊಸ ಅಧ್ಯಯನವೊಂದು, ಕೆಲವು ನ್ಯಾನೋ ಗಾತ್ರದ ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ʼಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿʼ ಉದ್ಭವವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅನಾವರಣಗೊಳಿಸಿದೆ.
ಐಐಎಸ್‌ಸಿಯ ನ್ಯಾನೋ ಸೈನ್ಸ್‌ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ ಕೇಂದ್ರದ (CeNSE) ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಪವನ್‌ ನುಕಲ ಮತ್ತು ಇಲ್ಲಿನ ಪಿಎಚ್‌.ಡಿ. ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ ತುಹಿನ್‌ ಚಕ್ರವರ್ತಿ ಅವರನ್ನು ತಂಡ ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಪವನ್‌ ನುಕಲ ಅವರು ನೆದರ್‌ಲ್ಯಾಂಡ್ಸ್‌ನ ಗ್ರೋನಿಂಜನ್‌ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಮೇರಿ ಕ್ಯೂರಿ ರೀಸರ್ಚ್‌ ಫೆಲೋ ಆಗಿದ್ದರು. ಈ ಅಧ್ಯಯನದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಭಾಗವು ನೆದರ್‌ಲ್ಯಾಂಡ್ಸ್‌ನ ಈ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದಲ್ಲಿ ನಡೆದಿದೆ.
Left: oxygen rich phase (arrows pointing to oxygen atoms). Right: oxygen deficient phase (arrows showing the oxygen vacancies). These states are reversible through the application of voltage which causes motion of oxygen (vacancies). Credit: Pavan Nukala
ಹಫ್ನಿಯಾ ಆಧಾರಿತ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್‌ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದಾಗ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವಿಷ್ಟದ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಅಣುಗಳು ಸ್ಥಾನಾಂತರಗೊಂಡು ಹಿಮ್ಮುಖವಾಗಿ ಚಲಿಸುವುದರಿಂದ ʼಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿʼ ಸೃಷ್ಟಿಯಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ಅಟಾಮಿಕ್‌ ರೆಸೊಲ್ಯೂಷನ್‌ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಬಳಸಿ ಮೊತ್ತಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ತೋರಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇಂತಹ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ ಪದಾರ್ಥಗಳು ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್‌ ಬಲದ (ಲೋ-ಪವರ್‌) ಮೆಮೊರಿ ಆನ್ವಯಿಕತೆಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಉಪಯುಕ್ತ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ʼಸೈನ್ಸ್‌ʼನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿರುವ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯ ಲೇಖಕರಲ್ಲಿ ಒಬ್ಬರಾಗಿರುವ ಪವನ್‌ ನುಕುಲ.
ʼಹಫ್ನಿಯಾ ಆಧಾರಿತ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್‌ ಸ್ಮರಣ ಸಾಧನಗಳ ವರ್ತನೆಯ ಹಿಂದಿನ ವಿಧಿವಿಧಾನವು ಗೊತ್ತಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ಅವುಗಳು ಉತ್ಪಾದನಾ ಹಂತದಲ್ಲಿವೆʼ ಎಂದೂ ಅವರು ಹೇಳುತ್ತಾರೆ.
ಅಯಸ್ಕಾಂತಗಳಂತೆಯೇ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್‌ ಪದಾರ್ಥಗಳು ತತ್‌ಕ್ಷಣದ ಧ್ರುವೀಕರಣವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ, ಇವುಗಳಲ್ಲಿನ ಧನಾವಿಷ್ಟಗಳು ಹಾಗೂ ಋಣಾವಿಷ್ಟಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಬಹುದಾಗಿದ್ದು, ವಿದ್ಯುತ್‌ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿ ಇದನ್ನು ಅದಲುಬದಲಾಗಿಸಬಹುದು. ಆದರೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಕಿರಿದಾದ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ತಗ್ಗಿಸಲು ಅವು ಸೂಕ್ತವಲ್ಲ. ಈ ಹರಳುಗಳನ್ನು ಒಂದು ನಿಗದಿಂತ ಗಾತ್ರಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ಇಳಿಸಿದಾಗ ತಮ್ಮ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್‌ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುವುದೇ ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ.
ಆದರೆ 2011ರಲ್ಲಿ, ಹಫ್ನಿಯಾ ಆಧಾರಿತ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳು ನ್ಯಾನೋ ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿಯೂ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ಪ್ರಕಟಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ತೋರಿಸಿದ್ದರು. ಅಷ್ಟೇ ಅಲ್ಲದೇ, ಈ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳ ಕಣಗಾತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾದಷ್ಟೂ ಈ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯು ಪ್ರಬಲವಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ವರ್ತನೆಯು ಮೈಕ್ರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಅಪಾರ ಅವಕಾಶಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದೂ ಹೇಳಿದ್ದರು. ಇಷ್ಟಾದರೂ, ಈ ನ್ಯಾನೋ ಗಾತ್ರದ ಪದಾರ್ಥಗಳಲ್ಲಿ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಹೇಗೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದು ಸರಿಯಾಗಿ ಅರ್ಥವಾಗಿರಲಿಲ್ಲ. ಈ ಬಗ್ಗೆ ಹಲವರು ಗಮನಸೆಳೆಯುವಂತಹ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳನ್ನು ಮಂಡಿಸಿದ್ದರೂ ಅವ್ಯಾವೂ ಇದುವರೆಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ದೃಢೀಕರಣಗೊಂಡಿಲ್ಲ.
ನುಕಲ ಹಾಗೂ ಅವರ ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು ತಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಆಧುನಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದಾರೆ. ಗ್ರಾನಿಂಜನ್‌ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡದವರು, ಈ ಮುನ್ನ, ಅತ್ಯಂತ ಹಗುರ ಮೂಲಧಾತುವಾದ ಜಲಜನಕದ ಅಣುವನ್ನು ದರ್ಶಿಸಲು ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದರು. ಹೊಸ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ, ಎರಡು ವಿದ್ಯುಧ್ರುವಗಳ ನಡುವೆ ಇರಿಸಲಾದ ಹಫ್ನಿಯಂ-ಜಿರ್ಕೋನಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ನ ತೆಳ್ಳನೆಯ ಪರದೆಗಳ ದೃಶ್ಯವನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿದಿದ್ದಾರೆ. ವಿದ್ಯುತ್‌ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದಾಗ, ನೈಜಕ್ಷಣದಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕ ಸೇರಿದಂತೆ ಅಣುಗಳ ಚಲನೆಯ ಜಾಡನ್ನು ಅವು ಗುರುತಿಸಬಲ್ಲವು.
ಆವಿಷ್ಟಗೊಂಡ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಅಣುಗಳು ಒಂದು ವಿದ್ಯುಧ್ರುವದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದು ವಿದ್ಯುಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಹಫ್ನಿಯಾ ಪದರವು ನಳಿಕೆಯಂತೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ವಿದ್ಯುಧ್ರುವಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್‌ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಬದಲಿಸಿದಾಗ, ವಲಸೆಯ ದಿಕ್ಕು ಕೂಡ ಅದಲುಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪದಾರ್ಥದ ಫೆರೋಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಸಿಟಿಗೆ ಈ ವಲಸೆಯೇ ಪ್ರಮುಖ ಕಾರಣ ಎಂಬುದನ್ನು ಸಂಶೋಧಕರು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಿದ್ದಾರೆ. ಈ ʼನಳಿಕೆʼಯ (ಕಂಡ್ಯೂಟ್‌) ಗಾತ್ರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿದಷ್ಟೂ (ಸಾಧನದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಕಡಿಮೆಗೊಳಿಸಿದಷ್ಟೂ) ಆಮ್ಲಜನಕ ವಾಹಕತೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಸದೃಢಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಸ್ವೀಡನ್‌ನಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾದ ಎಕ್ಸ್‌-ರೇ ಡಿಫ್ರ್ಯಾಕ್ಷನ್‌ ಅಧ್ಯಯನಗಳಿಂದಲೂ ಇದು ದೃಢಪಟ್ಟಿದೆ.
ಹರಳು ಸಂರಚನೆಯಲ್ಲಿನ ಅಪರಿಪೂರ್ಣತೆಗಳಿಂದ ಅಥವಾ ʼಖಾಲಿ ಜಾಗʼಗಳಿಂದ ಆಮ್ಲಜನಕ ವಲಸೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂರಚನಾ ನ್ಯೂನತೆಗಳು ಫೆರೋವಿದ್ಯುತ್‌ ವರ್ತನೆಗೆ ಪ್ರಧಾನ ಕಾರಣವಾಗಿದ್ದು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪದಾರ್ಥಗಳ ನಾವೀನ್ಯತೆಯಿಂದ ಕೂಡಿದ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತವೆ.”
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯನ್ನು ಬಳಸಿ ಹಗುರ ಮೂಲಧಾತುಗಳ ಚಲನಶೀಲತೆಯನ್ನು ದೃಶ್ಯ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ಪ್ರಯತ್ನವನ್ನು ಇದುವರೆಗೆ ಮಾಡಲಾಗಿರಲಿಲ್ಲ. ಹಫ್ನಿಯಾದಿಂದ ತಯಾರಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪ್‌ ಅನುವರ್ತನೀಯ ಧಾರಕಗಳನ್ನು (ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳನ್ನು) ಫ್ಯಾಬ್ರಿಕೇಟ್‌ ಮಾಡುವುದು ಇದಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸವಾಲುಗಳ ಪೈಕಿ ಒಂದಾಗಿದ್ದಿತು. ಈ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸುವ ಸವಾಲನ್ನು ನುಕಲ ಅವರು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಮುನ್ನಡೆಸಿದ್ದರು. ತಾವು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿರುವ ವಿಧಿವಿಧಾನಗಳು ಇತರ ಪದಾರ್ಥಗಳ ಮೇಲೆ ಇಂತಹುದೇ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲು ಬೇರೆ ಸಂಶೋಧಕರಿಗೆ ಸಹಕಾರಿಯಾಗಬಹುದು ಎಂಬ ವಿಶ್ವಾಸವನ್ನೂ ಅವರು ಹೊಂದಿದ್ದಾರೆ.
ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಿಂದ ಪಡೆಯಲಾದ ದತ್ತಾಂಶದ ಕರಾರುವಾಕ್ಕಾದ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಕೂಡ ಮತ್ತೊಂದು ಸವಾಲಾಗಿತ್ತು. ನುಕಲ ಅವರ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಯಾದ ಚಕ್ರವರ್ತಿ ಅವರು ಜೈವಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ದತ್ತಾಂಶ ನಿರ್ಧಾರ ಸೂಚಕಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತಿದ್ದು, ಆಮ್ಲಜನಕದ ಅಣುಗಳ ಹಿಮ್ಮುಖ ವಲಸೆಯು ಸಾಂಖ್ಯಿಕವಾಗಿ ಮುಖ್ಯ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸಲು ಛಾಯಾ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದಾರೆ.
ಈ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬಂದಿರುವ ಒಳನೋಟಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಕಿರುಗಾತ್ರದ ಸ್ಮರಣ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಹಾಗೂ ತರ್ಕ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಬಹುದಾದ ಆಮ್ಮಜನಕವನ್ನು ತಮ್ಮ ಮೂಲಕ ಹರಿಯಗೊಡುವ ಫೆರೋವಿದ್ಯುತ್‌ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಹೊಸ ಮಾರ್ಗೋಪಾಯಗಳನ್ನು ತೆರೆದಿವೆ.
ಉಲ್ಲೇಖ:
ಪವನ್‌ ನುಕಲ, ಮಜೀದ್‌ ಅಹ್ಮದಿ, ಯಿಂಗ್‌ಫೆನ್‌ ವೆಯಿ, ಸಿಟ್ಜೆ ಡೆ ಗ್ರ್ಯಾಫ್‌, ಎವ್‌ಜೆನಿಯಾಸ್‌ ಸ್ಟೈಲಿಯಾಂಡಿಸ್‌, ತುಹಿನ್‌ ಚಕ್ರವರ್ತಿ, ಸಿಲ್ವಿಯಾ ಮ್ಯಾಟ್‌ಜೆನ್‌, ಹೆನ್ನಿ ಡಬ್ಲ್ಯು ಜ್ಯಾಂಡ್‌ಬರ್ಗೆನ್‌, ಅಲೆಕ್ಸಾಂಡರ್‌ ಬ್ಜೋರ್ಲಿಂಗ್‌, ಡ್ಯಾನ್‌ ಮ್ಯಾನಿಕ್ಸ್‌, ಡಿನಾ ಕಾರ್ಬೋನ್‌, ಬಾರ್ತ್‌ ಕೂಯಿ, ಬಿಯಾಟ್ರಿಜ್‌ ನೊಹೆಡಾ, Reversible oxygen migration and phase transitions in hafnia-based ferroelectric devices, Science (2021).
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/04/14/science.abf3789
ಸಂಪರ್ಕಿಸಿ:
ಪವನ್‌ ನುಕಲ,
ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು,
ನ್ಯಾನೋ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ ಕೇಂದ್ರ (CeNSE)
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಕೇಂದ್ರ (IISc)
pnukala@iisc.ac.in
080-2293 3276
ಪತ್ರಕರ್ತರ ಗಮನಕ್ಕೆ:
ಅ) ಈ ಪತ್ರಿಕಾ ಬಿಡುಗಡೆಯಲ್ಲಿನ ಯಾವುದೇ ಪಠ್ಯ ಭಾಗವನ್ನು ಯಥಾವತ್‌ ಬಳಸಿದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಆ ಕುರಿತು ʼಕೃಪೆ– ಐಐಎಸ್‌ಸಿ ಪತ್ರಿಕಾ ಬಿಡುಗಡೆʼ ಎಂದು ಉಲ್ಲೇಖಿಸಿ
ಆ) ಐಐಎಸ್‌ಸಿ ಪತ್ರಿಕಾ ಬಿಡುಗಡೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಯಾವುದೇ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿದ್ದರೆ, ದಯವಿಟ್ಟು news@iisc.ac.in or pro@iisc.ac.in ಗೆ ಬರೆಯಿರಿ.
———೦೦೦———-
