ಐಎನ್ಎಸ್ ಟಿ ಮೊಹಾಲಿಯಿಂದ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಆಧಾರಿತ ನ್ಯಾನೊ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ; ಆ ಮೂಲಕ ನ್ಯಾನೊ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ನ ಭವಿಷ್ಯ ದರ್ಶನ

ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಇಲಾಖೆ ಅಧೀನದಲ್ಲಿ ಬರುವ ಸ್ವಾಯತ್ತ ಸಂಸ್ಥೆ, ಮೊಹಾಲಿಯ ನ್ಯಾನೊ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐಎನ್ಎಸ್ ಟಿ)ಯ ಸಂಶೋಧಕರು, ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಆಧಾರಿತ ಸೂಪರ್ ಹೈ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಒಳಗೊಂಡ ನ್ಯಾನೊ-ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದೆ. ಅಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್, ನ್ಯಾನೊ ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ಬಳಕೆಯ ಮುಂದಿನ ತಲೆಮಾರಿನ ನ್ಯಾನೊ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ನ್ಯಾನೊ-ವಸ್ತುಗಳು ನೆರವಾಗಲಿದೆ.

ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ಒತ್ತಡದ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಬಳಸಿ, ಕೆಲವು ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದಾಗಿದೆ. ಇದರ ಬಳಕೆ ನಮ್ಮ ದಿನ ನಿತ್ಯದ ಜೀವನವನ್ನು ಸುಗಮಗೊಳಿಸಿದ್ದು, ಅದರಿಂದಾಗಿ ಲೈಟರ್ ಗಳು, ಪ್ರಜರ್ ಗೇಜ್, ಸೆನ್ಸಾರ್ ಮತ್ತಿತರ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬಳಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತಿದೆ.

2012ರಲ್ಲಿ ಮೊದಲಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ 2ಡಿ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ಅಂದಾಜಿಸಲಾಯಿತು. ನಂತರ 2014ರಲ್ಲಿ ಮೊನೊಲೇಯರ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಅದನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಖಚಿತಪಡಿಸಲಾಯಿತು. ಅಲ್ಲಿಂದೀಚಿಗೆ ಗ್ರಾಫೈನ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಎರಡು ಆಯಾಮದ(2ಡಿ) ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯ ಸಂಶೋಧನಾ ಆಸಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದ್ದು, 2ಡಿ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಲ್ಲಿ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಅನ್ವೇಷಣೆ ಅಥವಾ 2 ಡಿ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಪೀಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುವ ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮಾರ್ಗಗಳ ಆಧಾರದಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಯುತ್ತಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಇಲ್ಲಿಯವರೆಗೆ ವರದಿ ಮಾಡಲಾದ 2 ಡಿ ವಸ್ತುಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಇನ್-ಪ್ಲೇನ್ ಪೈಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ; ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಾಧನ-ಆಧಾರಿತ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಿಗೆ, ಪ್ಲೇನ್ ಹೊರಗಿನ ಪೀಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿಯು ತುಂಬಾ ಅಪೇಕ್ಷಿತವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಬೇಡಿಕೆಯಿದೆ.

ಪ್ರೊ|| ಅಬಿರ್ ದೆ ಸರ್ಕಾರ್ ಮತ್ತು ಅವರ ಪಿಎಚ್ ಡಿ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ ಮನೀಶ್ ಕುಮಾರ್ ಮೊಹಂತ ಅವರು, ತಮ್ಮ ಇತ್ತೀಚಿನ ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್ ಪಬ್ಲಿಕೇಶನ್ ಮತ್ತು ಅಮೆರಿಕನ್ ಕೆಮಿಕಲ್ ಸೊಸೈಟಿಯಲ್ಲಿ 2ಡಿ ನ್ಯಾನೊ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ, ಒಂದು ಮೊನೊಲೇಯರ್ ಮೂಲಕ ಪ್ಲೇನ್ ನ ಹೊರಗಡೆ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಸೇರ್ಪಡೆಯ ಪ್ರಾತ್ಯಕ್ಷಿಕೆ ನೀಡಿದ್ದಾರೆ.

ಎರಡು ಆಯಾಮದ ವಾನ್ ಡೇರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಹಿಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ (ವಿಡಿಡಬ್ಲ್ಯೂಎಚ್) ಒಳಗೊಂಡ 2ಡಿ ಮೊನೊಲೇಯರ್ (ಏಕಪದರ)ಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಈ ವಿದ್ಯಮಾನ ಸೇರ್ಪಡೆ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. ಈ ವಿಡಿಡಬ್ಲ್ಯೂಎಚ್ ಒಂದು ಹೊಸ ಬಗೆಯ ವಿಧಾನವಾಗಿದ್ದು, ವಸ್ತುಗಳ ವಿನ್ಯಾಸ ನಾನಾ ಮೊನೊಲೇಯರ್ ಗೆ ಪೂರಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಒಂದನ್ನೊಂದನ್ನು ಒಳಗೊಳ್ಳುವ ಇತಿಮಿತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ಮೊನೊಲೇಯರ್ ಗಳು ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ಜೋಡಿಸಿದಾಗ ಒಂದು ವಿಡಿಡಬ್ಲ್ಯೂಎಚ್ ರಚನೆಯಾಗಲಿದ್ದು, ಹಲವು ಅಂಶಗಳು ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ಸಲಕರಣೆಗಳ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರಲಿವೆ. ಎರಡೂ ಮೊನೊಲೇಯರ್ ಗಳ ನಡುವೆ ಒತ್ತಡ ಎದುರಾದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಸೃಷ್ಟಿಯಾಗುತ್ತದೆ.

ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಇಲಾಖೆಯಿಂದ ಆರ್ಥಿಕ ನೆರವು ಪಡೆಯುತ್ತಿರುವ ನ್ಯಾನೊ ಮಿಷನ್ ಮತ್ತು ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಹಾಗೂ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಸಂಶೋಧನಾ ಮಂಡಳಿ (ಸಿಎಸ್ಐಆರ್) ಭಾರತದ ಸಂಶೋಧಕರು ಔಟ್ ಆಫ್ ಪ್ಲೇನ್ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಕೊಎಫಿಶಿಯೆಂಟ್ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ್ದು, ಅವುಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಉದ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ wurziteAlN (5.1 pm/V), GaN (3.1 pm/V) ಭಾರೀ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಅಂದರೆ 40.33 pm/V ಉತ್ಪಾದನೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ಉಪಕರಣಗಳ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಕುಗ್ಗಿಸುವ ಟ್ರೆಂಡ್ ಮುಂದುವರಿದಿರುವಂತೆಯೇ ಅತ್ಯಂತ ವೇಗದ ತೆಳುವಾದ (ಆಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್) ನ್ಯಾನೊ ಉಪಕರಣಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೊ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳಿಗೆ ಬೇಡಿಕೆ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿದೆ. ಈ ನ್ಯಾನೊ ಉಪಕರಣಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಈ ನ್ಯಾನೊ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಅವಶ್ಯಕವಾಗಿದೆ. ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾದ ನ್ಯಾನೊ-ವಸ್ತುಗಳ ವಾಹಕ ಚಲನಶೀಲತೆ ಸಿಲಿಕಾನ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದು, ಭವಿಷ್ಯದ ನ್ಯಾನೊ ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ಉಪಕರಣಗಳ ತಯಾರಿಕೆಗೆ ಈ ಆಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ ನ್ಯಾನೊ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಒಂದು ಒಳನೋಟವನ್ನು ನೀಡಲಿದೆ.

ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾದಿಗಳನ್ನು, ನ್ಯಾನೊ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆಯೊಂದಿಗೆ ತಯಾರಿಸಲು ಕಂಪ್ಯೂಟೇಶನಲ್ ವಸ್ತುಗಳು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ. ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಮತ್ತು ಲ್ಯಾಪ್ ಟಾಪ್ ಗಳಲ್ಲಿನ ಮದರ್ ಬೋರ್ಡ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತಿರುವ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳು ಕಾಲ ಕ್ರಮೇಣ ಇನ್ನೂ ಸಣ್ಣ ಹಾಗು ತೆಳುವಾಗಲಿವೆ. ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ನ್ಯಾನೊ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳನ್ನು ಈ ಆಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್, ಮುಂದಿನ ತಲೆಮಾರಿನ ನ್ಯಾನೊ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಬಹುದಾಗಿದೆ. ಅವು ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ನಡುವೆ ಸಂಯೋಜನೆಗೊಳ್ಳಲಿವೆ.

ಅವರು, ಈ ಎರಡೂ ಹೆಸರಾಂತ ಅಂತಾರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ಜರ್ನಲ್ ಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಕುರಿತು ಪ್ರಕಟಿಸಿದ್ದಾರೆ, ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇಲ್,(ಐ.ಎಫ್. 6.97) ಎಸಿಎಸ್ ಅಪ್ಲೈಡ್ ಮೆಟಿರೀಯಲ್ ಅಂಡ್ ಇಂಟರ್ ಫೇಸಸ್(ಐ.ಎಫ್. 8.456).

ವಿವರಗಳು:

1. ಮೊಹಂತ್ ಎಂ.ಕೆ., ರಾವತ್, ಎ. ಡಿಂಪಲ್, ಜಿನ ಎನ್., ಅಹಮದ್ ಆರ್, ದೆ ಸರ್ಕಾರ್, ಎ. ಸೂಪರ್ ಹೈ ಔಟ್ ಆಫ್ ಪ್ಲೇನ್ ಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಸಿಟಿ, ಲೊ ಥರ್ಮಲ್ ಕಂಡೆಕ್ಟಿವಿಡಿ ಅಂಡ್ ಫೊಟೊಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಎಬಿಲಿಟೀಸ್ ಇನ್ ಆಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ 2ಡಿ ವಾನ್ ಡೇರ್ ವಾಲ್ಸ್ ಹೆಟೆರೊಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ಸ್ ಆಫ್ ಬೊರೊನ್ ಮೊನೊಫೊಸ್ಪೈಡ್ ಅಂಡ್ ಗಲ್ಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೇಡ್, ನ್ಯಾನೊಸ್ಕೇ 2019, 11 (45), 21880–21890. https://doi.org/10.1039/C9NR07586K.

2. ಮೊಹಂತ್ ಎಂ.ಕೆ., ರಾವತ್, ಎ. ,ಜಿನ ಎನ್., ಡಿಂಪಲ್, ಅಹಮದ್ ಆರ್, ದೆ ಸರ್ಕಾರ್, ಎ. ಇಂಟರ್ ಫೇಸಿಂಗ್ ಬೊರೊನ್ ಮೊನೊಫೊಸ್ಪೈಡ್ ವಿತ್ ಮೊಲಿಬ್ ಡೆನುಮ್ ಡಿಸುಲಫೈಡ್ ಫಾರ್ ಆನ್ ಆಲ್ಟ್ರಾಹೈ ಪರ್ ಫಾರ್ ಮೆನ್ಸ್ ಇನ್ ಥರ್ಮೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ಸ್, ಟೂ ಡೈಮೆನ್ಶನಲ್ ಎಕ್ಸಿಟೊನಿಕ್ ಸೋಲಾರ್ ಸೆಲ್ಸ್ ಅಂಡ್ ನ್ಯಾನೊಪಿಜೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್. ACS Appl. Mater. Interfaces2020, 12 (2), 3114–3126. https://doi.org/10.1021/acsami.9b16866

*****