मनोगत आस्वाद विवाद संवाद

(पृष्ठ २)

याचे मुख्य कारण असे असते की आपण एक छोटीशी तांब्याची तार घेतली तर तिच्यात तांब्याचे कोट्यवधी अणू असतात. (वस्तुतः कोट्यवधी हा शब्दसुद्धा अत्यंत तोकडा आहे. एकावर तेवीस शून्ये इतके अणू साधारणतः एका तारेत असतात.) या प्रचंड संख्येवरून जेव्हा आपण तांब्याचे फारतर दहा-वीस अणू असणारा एखादा तुकडा घेतला तर तांबे हे तांबे रहात नाही. त्याचे कित्येक गुणधर्म पूर्णतः बदलतात.

नॅनोलेयर्स

आधी लिहिल्याप्रमाणे विद्युतरोध हा मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या अणूंबरोबर झालेल्या टकरींमुळे उद्भवतो. परंतु जेव्हा पदार्थ दहा-वीस अणूंचाच बनलेला असतो तेव्हा त्याच्या रोधात लक्षणीय घट होते. पदार्थ जर अतिचुंबकीय असून त्यात चुंबकत्व असेल तर भिन्न प्रकारचा रोध निर्माण होईल, जो एका दिशेत परिवलन करणाऱ्या इलेक्ट्रॉनना जाणवेल. भिन्न दिशेतील इलेक्ट्रॉनना हा परिणाम जाणवणार नाही. टकरींमुळे होणारा रोध अतिशय कमी झाल्याने या निवडप्रधान रोधाचा प्रभाव अधिक जाणवेल. आपण अतिचुंबकीय आणि सामान्य पदार्थांचे एकाआड एक पापुद्रे बनवल्यास अतिचुंबकीय पदार्थांच्या भिन्न पापुद्र्यांच्या चुंबकीय क्षेत्राची दिशा बदलून आपणास या प्रकारच्या विद्युतरोधाच्या योगे विभिन्न परिणाम साधता येतील.

महच्चुंबकीय रोधाचा शोध

वर उल्लेख केलेल्या कल्पनेचा सर्वप्रथम वापर फर्ट आणि ग्रुम्बर्ग यांनी स्वतंत्रपणे १९८८ साली केला. भिन्न पदार्थांचे अतितलम पापुद्रे बनवताना त्या पदार्थांतील स्फटिकरचना एकमेकांस अनुरूप आहे का याचा विचार आवश्यक होता. अन्यथा, दोन पदार्थांची जोडणी नीट होत नाही, आणि इलेक्ट्रॉन जेव्हा एका पापुद्र्यातून दुसऱ्यात शिरतो तेव्हा त्यास अधिक रोध सहन करावा लागतो. यामुळे मूळ (चुंबकीय रोध) परिणामाचा प्रभाव कमी होतो. दोघाही गटांनी या सर्व बाबी विचारात घेऊन या प्रयोगासाठी लोह व क्रोमियम या धातूंची निवड केली. पीटर ग्रुम्बर्गच्या गटाने लोह-क्रोमियम-लोह अशी संरचना वापरली तर अल्बर्ट फर्टच्या गटाने लोह-क्रोमियम असे एकाआड एक तब्बल साठ पापुद्रे वापरले. लोह व क्रोमियमच्या पापुद्र्यांची जाडी त्यांनी बदलून पाहिली. प्रत्येक स्थितीत त्यांना विद्युतरोधात घट झालेली आढळली. एका विशिष्ट रचनेसाठी ही सर्वाधिक घट जवळपास पन्नास टक्के होती. म्हणजे त्यांनी विद्युतरोध निम्म्यावर आणण्यात यश मिळवले. हा प्रकार सामान्य चुंबकीय रोधाने शक्य नव्हता. फर्टने सर्वप्रथम हा नवीन आणि महत्त्वाचा शोध आहे हे ओळखले आणि त्याचे महच्चुंबकीय रोध असे नामकरण केले.

पण हा विशिष्ट परिणाम नेमका कशामुळे होतो? ते आपण आता समजावून घेऊ. त्यासाठी आपण ग्रुम्बर्ग गटासारखी अतिचुंबकीय-सामान्य-अतिचुंबकीय पदार्थ अशी रचना वापरू. समजा अतिचुंबकीय पदार्थांच्या दोन्ही पापुद्रयांची चुंबकीय क्षेत्राची दिशा एकच आहे. तर विद्युतप्रवाहातील इलेक्ट्रॉनपैकी ज्यांची परिवलन दिशा तीच आहे (म्हणजे ऊर्ध्व) त्यांचे वहन सहज होईल. मात्र अधोदिशेत परिवलन करणाऱ्या इलेक्ट्रॉनना दोन्ही पापुद्ऱ्यात रोध जाणवेल. परिणामतः जर सुरुवातीस दोन्ही प्रकारचे समसमान इलेक्ट्रॉन असतील तर त्यातील अर्धेच रोध सहन करतील.

जीएमआर एक्सप्लनेशन

मात्र, जर पापुद्र्यांमधील चुंबकीय क्षेत्राची दिशा परस्परविरुद्ध असेल तर ऊर्ध्वस्थितीतील इलेक्ट्रॉनना पहिल्या तर अध:स्थितीतील इलेक्ट्रॉनना दुसऱ्या पापुद्र्यात रोध सहन करावा लागेल. परिणामतः सर्वच इलेक्ट्रॉनना रोध सहन करावा लागून एकूण रोध वाढेल. थोडक्यात पदार्थाचा रोध हा दोन अतिचुंबकीय पापुद्र्यांच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेवर अवलंबून राहील.

३. स्मरणिका तंत्रज्ञानात महच्चुंबकीय रोधाचा वापर

आपण सर्व जाणतो की स्मरणिकेतील माहिती ही शून्य व एक या आकड्यांच्या माध्यमात लिहिलेली असते. प्रत्यक्षात ही माहिती चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेच्या स्वरूपात साठवलेली असते. उदा. शून्य म्हणजे अधःस्थिती आणि एक म्हणजे ऊर्ध्वस्थिती. आता ही माहिती वाचण्यास महच्चुंबकीय रोधाचा अतिशय परिणामकारक वापर होऊ शकतो. आपण तीन पापुद्र्यांच्या ग्रुम्बर्ग उपकरणाचा पुन्हा विचार करू. समजा पहिला पापुद्रा ऊर्ध्वस्थितीत आहे. आणि तिसरा पापुद्रा चुंबकभारित (मॅग्नेटाईझ्ड) नाही. अतिचुंबकीय पदार्थ चुंबकीय क्षेत्राच्या जवळ जाताच त्याच्या दिशेत चुंबकभारित होईल. समजा शून्य हा अंक स्मरणिकेवर आहे. म्हणजे अधःस्थिती, ज्यामुळे तिसरा पापुद्रा अधःस्थितीत जाईल. दोन पापुद्रे भिन्न स्थितीत असल्याने रोध जास्त असेल आणि विद्युतप्रवाह कमी होईल. याउलट जर एक अंक असेल तर तिसरा पापुद्रासुद्धा ऊर्ध्वस्थितीत येईल. आता मात्र रोधात घट होऊन विद्युतप्रवाह वाढेल. अशा प्रकारे अतिशय वेगाने आणि परिणामकारकरीत्या स्मरणिकेवरची माहिती वाचता येईल.

हार्ड डिस्क यूज

मात्र, याचा प्रत्यक्ष वापर होण्यासाठी या पापुद्र्यांची व्यावसायिक स्तरावर निर्मिती आवश्यक होती. पापुद्रे बनवण्यासाठी फर्ट किंवा ग्रुम्बर्गने वापरलेले तंत्रज्ञान, एपिटॅक्सी, फक्त प्रयोगशाळांसाठीच सोयिस्कर होते. स्टुअर्ट पार्किन नावाच्या एका तंत्रज्ञाने स्पटरिंग हे सर्वत्र वापरले जाणारे तंत्रज्ञान वापरून अतितलम पापुद्र्यांची निर्मिती केली. यामुळे व्यावसायिक निर्मितीचे महाद्वार खुले झाले. या पद्धतीची स्मरणिका आयबीएमने १९९७ साली सर्वप्रथम बाजारपेठेत आणली.

४. भविष्यकाळाचे तंत्रज्ञान

महच्चुंबकीय रोधाच्या माध्यमातून तंत्रज्ञानाचे एक नवे द्वार आपल्यासाठी खुले झाले आहे. इलेक्ट्रॉनिक्स शाखेत आतापर्यंत इलेक्ट्रॉन हा फक्त एक ऋणभारित कण याच उपयोगासाठी वापरला गेला. या परिणामात सर्वप्रथम त्याच्या परिवलनाचा वापर करण्यात आला. यामुळे ’स्पिन्ट्रॉनिक्स’ या नव्या शाखेस एक प्रकारे चालना मिळाली. लवकरच या परिणामाची आणखी काही रूपे शोधली गेली, आणि त्यांचा वापर करण्यासाठी नवनवीन उपकरणे निर्माण होत आहेत. या शोधाचे असे दूरगामी परिणाम लक्षात घेऊनच त्याच्या संशोधकांना २००७ साली नोबेल परितोषिकाने सन्मानित करण्यात आले. आताच या शोधांचा तात्पुरती स्मरणिका आणि अंकस्थ संगणकाच्या इतर भागांकरता उपयोग होऊ लागला आहे. विविध चुंबकीय मापकांसाठीही (सेन्सर्स) या तंत्रज्ञानाचा वापर होत आहे. भविष्यातील उपकरणे कशी असतील ते आत्ताच सांगणे कठीण आहे, पण महच्चुंबकीय रोध आणि इतर अनेक स्पिन्ट्रॉनिक्स उपकरणे त्यात केंद्रस्थानी असतील हे मात्र निश्चित !

संदर्भसूची -

१. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/info.pdf
२. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/phyadv07.pdf [press release by nobelprize.org]
३. Solid State Physics By Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, Published by Holt, Rinehart and Winston, 1976.