IBM පර්යේෂණයේ කතුවරුන් විසින් ලිපියක පරිවර්තනය.
භෞතික විද්‍යාවේ වැදගත් ප්‍රගතියක් අර්ධ සන්නායකවල භෞතික ලක්ෂණ වඩාත් විස්තරාත්මකව අධ්යයනය කිරීමට අපට ඉඩ සලසයි. මෙය මීළඟ පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණයේ දියුණුව වේගවත් කිරීමට උපකාරී වේ.
කතුවරුන්:
- මාණ්ඩලික සාමාජික, IBM පර්යේෂණ
ඩග් බිෂොප් - චරිතාංග ඉංජිනේරු, IBM පර්යේෂණ
අර්ධ සන්නායක යනු වර්තමාන ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික යුගයේ මූලික ගොඩනැඟිලි කොටස් වන අතර, පරිගණක, ස්මාර්ට්ෆෝන් සහ අනෙකුත් ජංගම උපාංග වැනි අපගේ නවීන ජීවිතයට ප්‍රයෝජනවත් වන විවිධ උපාංග අපට සපයයි. අර්ධ සන්නායක ක්‍රියාකාරීත්වය සහ ක්‍රියාකාරීත්වය වැඩිදියුණු කිරීම මීළඟ පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක යෙදුම් පරිගණනය, සංවේදනය සහ බලශක්ති පරිවර්ථනය සක්‍රීය කරයි. අපගේ ඉදිරි ගමනට බාධා කරන අර්ධ සන්නායක උපාංග සහ උසස් අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය තුළ ඉලෙක්ට්‍රොනික ආරෝපණ සම්පූර්ණයෙන් අවබෝධ කර ගැනීමේ අපගේ හැකියාවේ සීමාවන් ජය ගැනීමට පර්යේෂකයන් දිගු කලක් තිස්සේ අරගල කර ඇත.
සඟරාවේ නව අධ්‍යයනයක IBM රිසර්ච් විසින් මෙහෙයවන ලද පර්යේෂණ සහයෝගීතාවයක් භෞතික විද්‍යාවේ වසර 140 ක් පැරණි අභිරහසක් විසඳීමේ උද්යෝගිමත් ඉදිරි ගමනක් විස්තර කරයි, එය අර්ධ සන්නායකවල භෞතික ලක්ෂණ වඩාත් විස්තරාත්මකව අධ්යයනය කිරීමට සහ නව සහ වැඩිදියුණු කළ අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය කිරීමට ඉඩ සලසයි.
අර්ධ සන්නායකවල භෞතික විද්‍යාව සත්‍ය වශයෙන්ම අවබෝධ කර ගැනීමට නම්, අප මුලින්ම ද්‍රව්‍ය තුළ ඇති ආරෝපණ වාහකවල මූලික ගුණාංග, ඒවා සෘණ හෝ ධන අංශු වේවා, ව්‍යවහාරික විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක ඒවායේ වේගය සහ ද්‍රව්‍ය තුළ කෙතරම් ඝන ලෙස අසුරා තිබේද යන්න තේරුම් ගත යුතුය. භෞතික විද්‍යාඥ එඩ්වින් හෝල් 1879 දී මෙම ගුණාංග තීරණය කිරීමට ක්‍රමයක් සොයා ගත්තේ චුම්බක ක්ෂේත්රයක් සන්නායකයක් තුළ ඉලෙක්ට්‍රෝන ආරෝපණ චලනය අපසරනය කරන බවත්, අපගමනය ප්‍රමාණය ආරෝපණ දිශා ප්‍රවාහයට ලම්බක විභව වෙනස ලෙස මැනිය හැකි බවත් සොයා ගත් විටය. රූප සටහන 1a හි පෙන්වා ඇති පරිදි අංශු. හෝල් වෝල්ටියතාව ලෙස හැඳින්වෙන මෙම වෝල්ටීයතාවය අර්ධ සන්නායකයේ ආරෝපණ වාහක පිළිබඳ වැදගත් තොරතුරු හෙළි කරයි, ඒවා සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝන ද නැතහොත් “කුහර” ලෙස හඳුන්වන ධන අර්ධ අංශු ද යන්න ද, ඒවා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක කෙතරම් වේගයෙන් චලනය වේ ද, ඒවායේ “චලනය” (µ ), සහ අර්ධ සන්නායකය තුළ ඒවායේ සාන්ද්රණය (n).
වසර 140 ක් පැරණි අභිරහස
හෝල්ගේ සොයාගැනීමෙන් දශක ගණනාවකට පසුව, පර්යේෂකයන් ද ආලෝකයෙන් හෝල් ආචරණය මැනීමට හැකි බව සොයා ගත්හ - ෆොටෝ-හෝල් ලෙස හඳුන්වන අත්හදා බැලීම්, රූපය 1b බලන්න. එවැනි අත්හදා බැලීම් වලදී, ආලෝක ආලෝකය අර්ධ සන්නායකවල බහු වාහක හෝ ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල ජනනය කරයි. අවාසනාවකට, මූලික හෝල් ආචරණය පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය බහුතර (හෝ බහුතරයක්) ආරෝපණ වාහකයන්ට පමණක් අවබෝධයක් ලබා දී ඇත. පර්යේෂකයන්ට මාධ්‍ය (ප්‍රධාන සහ ප්‍රධාන නොවන) දෙකෙන්ම එකවර පරාමිති උකහා ගැනීමට නොහැකි විය. සූර්ය පැනල සහ අනෙකුත් දෘශ්‍ය ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග වැනි බොහෝ ආලෝකය ආශ්‍රිත යෙදුම් සඳහා එවැනි තොරතුරු ප්‍රධාන වේ.
IBM පර්යේෂණ සඟරා අධ්යයනය ශාලාවේ බලපෑමේ දිගුකාලීන රහස් වලින් එකක් හෙළි කරයි. කොරියාවේ උසස් විද්‍යා හා තාක්ෂණ ආයතනය (KAIST), කොරියානු රසායන තාක්ෂණ ආයතනය (KRICT), ඩියුක් විශ්ව විද්‍යාලය සහ IBM හි පර්යේෂකයන් විසින් මූලික හා මූලික නොවන තොරතුරු එකවර උපුටා ගැනීමට අපට ඉඩ සලසන නව සූත්‍රයක් සහ තාක්ෂණයක් සොයාගෙන ඇත. වාහක, ඒවායේ සාන්ද්රණය සහ සංචලනය වැනි වාහකයාගේ ආයු කාලය, විසරණ දිග සහ නැවත සංයෝජන ක්‍රියාවලිය පිළිබඳ අමතර තොරතුරු ලබා ගනී.
වඩාත් නිශ්චිතව, ඡායාරූප-ශාලා පරීක්ෂණයකදී, වාහකයන් දෙකම සන්නායකතාව (σ) සහ ශාලා සංගුණකය (H, චුම්බක ක්ෂේත්‍රයට ශාලා වෝල්ටීයතාවයේ අනුපාතයට සමානුපාතිකව) වෙනස් කිරීමට දායක වේ. ආලෝකයේ තීව්‍රතාවයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස සන්නායකතාවය සහ ශාලාවේ සංගුණකය මැනීමෙන් ප්‍රධාන තීක්ෂ්ණ බුද්ධිය ලැබේ. සන්නායකතා-ශාලා සංගුණක වක්‍රයේ (σ-H) හැඩයේ සැඟවී ඇති මූලික වශයෙන් නව තොරතුරු පෙන්වයි: වාහක දෙකෙහිම සංචලතාවයේ වෙනස. ලිපියේ සාකච්ඡා කර ඇති පරිදි, මෙම සම්බන්ධතාවය අලංකාර ලෙස ප්රකාශ කළ හැකිය:
$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$display$$
අඳුරේ සාම්ප්‍රදායික ශාලා මිනුමකින් දන්නා බහුතර වාහක ඝනත්වයකින් පටන් ගෙන, ආලෝකයේ තීව්‍රතාවයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස බහුතර සහ සුළුතර වාහක සංචලනය සහ ඝනත්වය යන දෙකටම අපට හෙළි කළ හැක. කණ්ඩායම විසින් නව මිනුම් ක්‍රමය නම් කරන ලදී: වාහක-විසඳුනු ඡායාරූප ශාලාව (CRPH). ආලෝක ආලෝකකරණයේ දන්නා තීව්‍රතාවයකින්, වාහකයාගේ ආයු කාලය සමාන ආකාරයකින් ස්ථාපිත කළ හැකිය. ශාලාවේ බලපෑම සොයා ගැනීමෙන් පසු සියවස් එකහමාරකට ආසන්න කාලයක් මෙම සම්බන්ධතාවය සහ එහි විසඳුම් සැඟවී ඇත.
මෙම න්‍යායික අවබෝධයේ දියුණුවට අමතරව, මෙම නව ක්‍රමය සක්‍රීය කිරීම සඳහා පර්යේෂණාත්මක ක්‍රමවල දියුණුවත් ඉතා වැදගත් වේ. ක්‍රමයට ශාලා සංඥාවේ පිරිසිදු මිනුමක් අවශ්ය වන අතර, ශාලා සංඥාව දුර්වල වන ද්‍රව්‍ය සඳහා (උදාහරණයක් ලෙස, අඩු සංචලනය හේතුවෙන්) හෝ අමතර අනවශ්‍ය සංඥා පවතින විට, ප්‍රබල ආලෝක ප්‍රකිරණයකදී මෙන් එය අපහසු විය හැක. මෙය සිදු කිරීම සඳහා, දෝලනය වන චුම්බක ක්ෂේත්රයක් භාවිතයෙන් ශාලාව මැනීම සිදු කිරීම අවශ්ය වේ. ගුවන්විදුලියට සවන් දීමේදී මෙන්, ශබ්දය ලෙස ක්‍රියා කරන අනෙකුත් සියලුම සංඛ්‍යාත ඉවත දමා ඔබට අවශ්ය ස්ථානයේ සංඛ්‍යාතය තෝරා ගත යුතුය. CRPH ක්‍රමය තවත් පියවරක් ඉදිරියට ගොස් අවශ්ය සංඛ්‍යාතය පමණක් නොව සමමුහුර්ත සංවේදනය නම් ක්‍රමයක් භාවිතා කරමින් දෝලනය වන චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ අදියර ද තෝරා ගනී. දෝලනය වන ශාලාව මැනීමේ මෙම සංකල්පය බොහෝ කලක සිට දන්නා නමුත් දෝලනය වන චුම්බක ක්ෂේත්රයක් ජනනය කිරීම සඳහා විද්‍යුත් චුම්භක දඟර පද්ධතියක් භාවිතා කිරීමේ සම්ප්‍රදායික ක්‍රමය අකාර්යක්ෂම විය.
පෙර සොයා ගැනීම
විද්‍යාවේ බොහෝ විට සිදු වන පරිදි, එක් අංශයක දියුණුව තවත් ප්‍රදේශයක සොයාගැනීම් මගින් මෙහෙයවනු ලැබේ. 2015 දී, IBM Research විසින් භෞතික විද්‍යාවේ කලින් නොදන්නා සංසිද්ධියක් වාර්තා කළේ නව චුම්භක ක්ෂේත්‍ර සීමා කිරීමේ ආචරණයක් හා සම්බන්ධ නව චුම්භක ක්ෂේත්‍ර ආචරණයක් වන “ඔටුවන්ගේ හම්ප්” ආචරණය, ඒවා තීරණාත්මක දිගක් ඉක්මවන විට තීර්යක් ඩයිපෝල් රේඛා දෙකක් අතර සිදු වන අතර එය රූප සටහන 2a හි පෙන්වා ඇත. ප්‍රයෝගය රූප සටහන 2b හි පෙන්වා ඇති පරිදි සමාන්තර ඩයිපෝල් රේඛා උගුලක් (PDL trap) ලෙස හඳුන්වන නව ආකාරයේ ස්වභාවික චුම්බක උගුලක් සක්‍රීය කරන ප්‍රධාන ලක්ෂණයකි. චුම්බක PDL උගුල tiltmeter, seismometer (භූමිකම්පා සංවේදකය) වැනි විවිධ සංවේදන යෙදුම් සඳහා නව වේදිකාවක් ලෙස භාවිතා කළ හැක. එවැනි නව සංවේදක පද්ධති, විශාල දත්ත තාක්ෂණයන් සමඟින්, බොහෝ නව යෙදුම් විවෘත කළ හැකි අතර, IBM පර්යේෂණ කණ්ඩායම විසින් IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) නමින් විශාල දත්ත විශ්ලේෂණ වේදිකාවක් සංවර්ධනය කරමින් ගවේෂණය කරනු ලැබේ. සහ Internet of Things දත්ත (IoT).
පුදුමයට කරුණක් නම්, එම PDL මූලද්‍රව්‍යයට තවත් අද්විතීය යෙදුමක් ඇත. භ්‍රමණය වන විට, එය චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ ඒක දිශානුගත සහ පිරිසිදු සුසංයෝග දෝලනය වීම සඳහා කදිම ඡායාරූප-ශාලා පරීක්ෂණ පද්ධතියක් ලෙස ක්‍රියා කරයි (රූපය 2c). වඩාත් වැදගත් දෙය නම්, ෆොටෝ හෝල් අත්හදා බැලීම් වලදී ඉතා වැදගත් වන නියැදියේ පුළුල් ප්‍රදේශයක් ආලෝකමත් කිරීමට පද්ධතිය ප්‍රමාණවත් ඉඩක් සපයයි.
බලපෑම්
අප විසින් සකස් කරන ලද නව ඡායාරූප ශාලාවේ ක්‍රමය අර්ධ සන්නායක වලින් විශ්මයජනක තොරතුරු ප්‍රමාණයක් උකහා ගැනීමට අපට ඉඩ සලසයි. සම්භාව්‍ය ශාලාව මැනීමේදී ලබාගත් පරාමිති තුනට ප්‍රතිවිරුද්ධව, මෙම නව ක්‍රමය පරීක්‍ෂා කරන ලද එක් එක් ආලෝක තීව්‍රතාවයකදී පරාමිති හතක් දක්වා ලබා දෙයි. ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ කුහර දෙකෙහිම සංචලනය මෙයට ඇතුළත් වේ; ආලෝකයේ බලපෑම යටතේ ඔවුන්ගේ වාහකයාගේ සාන්ද්රණය; නැවත සංයෝජන ආයු කාලය; සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන, කුහර සහ ඇම්බිපොලර් වර්ග සඳහා විසරණ දිග. මේ සියල්ල N වාරයක් නැවත නැවතත් කළ හැක (එනම් අත්හදා බැලීමේ දී භාවිතා කරන ආලෝක තීව්රතා පරාමිතීන් ගණන).
මෙම නව සොයාගැනීම සහ තාක්ෂණය දැනට පවතින සහ නැගී එන තාක්ෂණයන් දෙකෙහිම අර්ධ සන්නායක ප්‍රගමනයට උපකාරී වනු ඇත. අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවල භෞතික ලක්ෂණ ඉතා විස්තරාත්මකව උකහා ගැනීමට අවශ්ය දැනුම සහ මෙවලම් දැන් අප සතුව ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, එය වඩා හොඳ සූර්ය පැනල, වඩා හොඳ දෘෂ්ටි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සහ කෘතිම බුද්ධි තාක්ෂණයන් සඳහා නව ද්‍රව්‍ය සහ උපාංග වැනි ඊළඟ පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණයේ දියුණුව වේගවත් කිරීමට උපකාරී වනු ඇත.
7 ඔක්තෝබර් 2019 වැනි දින ප්‍රකාශයට පත් කළ ලිපිය .
පරිවර්තනය: නිකොලායි මැරින් (), රුසියාවේ සහ CIS රටවල ප්‍රධාන තාක්ෂණ නිලධාරී IBM.
මූලාශ්රය: www.habr.com