ഇലക്ടോണിക്സില്‍ നിന്ന് സ്പിൻട്രോണിക്‌സിലേക്ക്…

ഡോ. ആശ അരവിന്ദ്

ഗവേഷക, ഷാർജ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി സെന്റർ ഓഫ് അഡ്വാൻസ്ഡ് മെറ്റീരിയൽസ് റിസർച്ച്

ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ് പോലെ തന്നെ അടിസ്ഥാന ഗുണങ്ങളിലൊന്നായ ‘സ്പിൻ’, വിവരസാങ്കേതിക വിദ്യയിൽ വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരുന്ന കാലം വിദൂരമല്ല. ഒന്നിൽ കൂടുതൽ പാരാമീറ്റർ വ്യത്യാസപ്പെടുത്തി ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനത്തെ നിയന്ത്രിക്കാൻ സാധിക്കും എന്നതുകൊണ്ട് തന്നെ, സ്പിൻട്രോണിക്‌സ് തുറന്നിടുന്നത് അനന്തസാധ്യതകളാണ്.

ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് മേഖലയിൽ കഴിഞ്ഞ 50 വർഷങ്ങളിലുണ്ടായ പുതിയ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളും അവ കൊണ്ടുവന്ന വേഗതയും, കാര്യക്ഷമതയുമാണ്, മൂന്നാം വ്യാവസായിക വിപ്ലവം എന്നറിയപ്പെടുന്ന  ഡിജിറ്റൽ വിപ്ലവം സാധ്യമാക്കിയത്. ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ് പോലെ തന്നെ അടിസ്ഥാന ഗുണങ്ങളിലൊന്നായ ‘സ്പിൻ’, വിവരസാങ്കേതിക വിദ്യയിൽ വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരുന്ന കാലം വിദൂരമല്ല. ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ് അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയാണെങ്കിൽ സ്പിൻ  ട്രാൻസ്പോർട് ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് അഥവാ സ്പിൻട്രോണിക്‌സ് അതിന്റെ സ്പിൻ കൂടെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. ഒന്നിൽ കൂടുതൽ പാരാമീറ്റർ വ്യത്യാസപ്പെടുത്തി ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനത്തെ നിയന്ത്രിക്കാൻ സാധിക്കും എന്നതുകൊണ്ട് തന്നെ, സ്പിൻട്രോണിക്‌സ് തുറന്നിടുന്നത് അനന്തസാധ്യതകളാണ്.

ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാര്‍ജ്ജും സ്പിന്നും

ഇതെങ്ങനെ സാധ്യമാകുന്നു എന്ന് നോക്കാം. ഇലക്ട്രോണിക്‌സിൽ വിവരങ്ങൾ ശേഖരിച്ചുവയ്ക്കാൻ  വൈദ്യുതി പ്രവഹിക്കുമ്പോൾ ഒന്ന്(high) അല്ലെങ്കിൽ പൂജ്യം(low) എന്ന രണ്ട് അവസ്ഥകളെ(logical states) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇതുപോലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്പിന്നിനും മുകളിലേക്ക്(UP) അല്ലെങ്കിൽ താഴേക്ക് (DOWN) എന്നീ രണ്ടവസ്ഥകളിൽ  സ്ഥിതിചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്നിരിക്കെ ഓൺ അല്ലെങ്കിൽ ഓഫ് ബൈനറി അവസ്ഥകൾക്ക് പുറമെ മറ്റ് രണ്ട് പാരാമീറ്റർ കൂടി ലഭ്യമാകുന്നു. അതായത് വിവരങ്ങൾ ശേഖരിച്ച് വയ്ക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബിറ്റുകളിൽ ഡൗൺലോ, അപ്പ് ലോ, ഡൗൺ ഹൈ, അപ്പ് ഹൈ എന്നീ നാലവസ്ഥകൾ കൂടി ലഭ്യമാകുന്നു. ഈ നാല് അവസ്ഥകളെ ക്വാണ്ടം ബിറ്റുകൾ അഥവാ ക്യുബിറ്റുകൾ എന്ന് വിളിക്കാം.

ഇനി നമ്മുടെ നിത്യജീവിതത്തിൽ  എവിടെയൊക്കെയാണ് സ്പിൻട്രോണിക്‌സിന്റെ ഉപയോഗങ്ങൾ  എന്ന് നോക്കാം. പൊതുവെ ഡിജിറ്റൽ ഇലക്ട്രോണിക്‌സിൽ സ്പിൻട്രോണിക്‌സ്  ഉപയോഗിക്കുന്നു. കൂടിയ തോതിൽ വിവരങ്ങൾ ശേഖരിച്ച് വയ്‌ക്കേണ്ടുന്ന ഉപകരണങ്ങളായ ഹാർഡ് ഡ്രൈവുകളിൽ  ഈ ടെക്‌നോളജി ഉപയോഗിക്കുന്നു. നാല് വ്യത്യസ്ത അവസ്ഥകൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി വിവരങ്ങൾ ശേഖരിച്ച് വയ്ക്കുന്നതുകൊണ്ട് തന്നെ, കൂടിയ വേഗതയിൽ  വിവരങ്ങൾ കൈമാറാനുള്ള കഴിവ്, വേഗത്തിൽ വിവരങ്ങൾ വിശകലനം ചെയ്യൽ, കൂടിയ മെമ്മറി ഡെൻ സിറ്റി, കൂടിയ വിവരശേഖരണക്ഷമത, എന്നിവ ഇലക്ട്രോണിന്റെ സ്പിന്നിനെ ശരിയായ രീതിയിൽ  നിയന്ത്രിക്കുന്നത് വഴി നേടിയെടുക്കാൻ സാധിക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോണിക്‌സിൽ അർദ്ധചാലകങ്ങളെ മാത്രം ഉപയോഗപ്പെടുത്തുമ്പോൾ  സ്പിൻട്രോണിക്‌സിൽ ചാലകങ്ങളെയും ഉപയോഗിക്കാം എന്നതൊരു മേന്മയാണ്. ഇലക്ട്രോണിന്റെ സ്പിൻ പെട്ടെന്ന് മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയുന്നതിനാലും, ഊർജത്തിന്റെ അഭാവത്തിൽ  സ്പിൻ നഷ്ടപ്പെടുന്നില്ല എന്നതിനാലും ഇലക്ട്രോണിക്‌സിനെക്കാൾ വിശ്വസിനീയവും വേഗതയേറിയതുമാണ് സ്പിൻട്രോണിക്‌സ് സാങ്കേതികവിദ്യ. കൂടാതെ ഒരു ഉപകരണം പ്രവർത്തിച്ചുതുടങ്ങാൻ വേണ്ട ഊർജത്തിന്റെ അളവും ഇലക്ട്രോണിക്‌സിനെക്കാൾ  കുറവാണ്. ചാർജിനെക്കാൾ വേഗത്തിൽ സ്പിന്നിന് മാറ്റം വരുത്താൻ സാധിക്കും എന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം.

2007 ലെ ഭൗതികാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ച ആൽബർട്ട് ഫെർട്ട്(Albert fert) , പീറ്റർ ഗ്രൻബെർ  (Peter Grunberg) എന്നിവര്‍

സ്പിൻട്രോണിക്‌സ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട് ജയന്റ് മാഗ്‌നെറ്റോ റെസിസ്റ്റൻസ് (giant magneto resistance) എന്ന പ്രതിഭാസം വിശദീകരിച്ച ആൽബർട്ട് ഫെർട്ട്(Albert fert) പീറ്റർ ഗ്രൻബെർ  (Peter Grunberg) എന്നിവർക്കാണ് ഭൗതിക ശാസ്ത്ര ത്തിനുളള 2007-ലെ നൊബേൽ ലഭിച്ചത്. കാന്തിക ശക്തിയുളളതും ഇല്ലാത്തതുമായ(magnetic and non magnetic) അടരുകൾ(layers) ഇടവിട്ട് അടുക്കി വച്ചിരിക്കു ന്ന ഒരു ചാലകത്തിലൂടെ വൈദ്യുതി കടത്തി വിടുമ്പോൾ അനുഭവപ്പെടുന്ന ഭീമമായ കാന്തികപ്രതിരോധമാണ് ജയന്റ് മാഗ്‌നെറ്റോ റെസിസ്റ്റൻസ്. മാഗ്‌നെറ്റിക് സെൻസറുകൾ, ബയോസെൻസറുകൾ, മൈക്രോ ഇലക്ട്രോ മെക്കാനിക്കൽ സിസ്റ്റംസ്(MEMS) എന്നിവയിൽ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങൾക്ക് വഴിവച്ചു. കംപ്യൂട്ടറുകളിൽ വളരെയധികം വിവരങ്ങൾ ശേഖരിച്ചുവയ്ക്കാൻ ഇന്ന് കഴിയുന്നതിന് നമ്മൾ കടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് ഫെർട്ടിന്റെയും, ഗ്രൻബെർഗിന്റെയും ഈ കണ്ടുപിടിത്തത്തോടാണ്.


കേരള ശാസ്ത്രസാഹിത്യ പരിഷത്ത് മാസികയായ ശാസ്ത്രഗതിയിൽ 2018 ജൂൺലക്കത്തിൽ എഴുതിയത്‌

Leave a Reply