இயற்பியலில் 140 ஆண்டுகள் பழமையான ரகசியம் வெளிவருகிறது

ஐபிஎம் ஆராய்ச்சியின் ஆசிரியர்களின் கட்டுரையின் மொழிபெயர்ப்பு.

இயற்பியலில் ஒரு முக்கியமான முன்னேற்றம், குறைக்கடத்திகளின் இயற்பியல் பண்புகளை மிக விரிவாக ஆய்வு செய்ய அனுமதிக்கும். இது அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியை துரிதப்படுத்த உதவும்.

ஆசிரியர்கள்:
ஓகி குணவன் - பணியாளர் உறுப்பினர், IBM ஆராய்ச்சி
டக் பிஷப் - குணாதிசய பொறியாளர், ஐபிஎம் ஆராய்ச்சி

செமிகண்டக்டர்கள் இன்றைய டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக் யுகத்தின் அடிப்படை கட்டுமானத் தொகுதிகள் ஆகும், இது கணினிகள், ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் பிற மொபைல் சாதனங்கள் போன்ற நமது நவீன வாழ்க்கைக்கு பயனளிக்கும் பல்வேறு சாதனங்களை நமக்கு வழங்குகிறது. குறைக்கடத்தி செயல்பாடு மற்றும் செயல்திறன் மேம்பாடுகள் அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி பயன்பாடுகளை கணினி, உணர்திறன் மற்றும் ஆற்றல் மாற்றத்தில் செயல்படுத்துகின்றன. செமிகண்டக்டர் சாதனங்கள் மற்றும் மேம்பட்ட குறைக்கடத்தி பொருட்கள் உள்ளே இருக்கும் எலக்ட்ரானிக் கட்டணங்களை முழுமையாக புரிந்து கொள்ளும் திறனில் உள்ள வரம்புகளை கடக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் நீண்ட காலமாக போராடி வருகின்றனர்.

இதழில் ஒரு புதிய ஆய்வில் இயற்கை IBM ரிசர்ச் தலைமையிலான ஒரு ஆராய்ச்சி ஒத்துழைப்பு, இயற்பியலில் 140 ஆண்டுகள் பழமையான மர்மத்தைத் தீர்ப்பதில் ஒரு அற்புதமான முன்னேற்றத்தை விவரிக்கிறது, இது குறைக்கடத்திகளின் இயற்பியல் பண்புகளை மிக விரிவாக ஆய்வு செய்ய அனுமதிக்கும் மற்றும் புதிய மற்றும் மேம்படுத்தப்பட்ட குறைக்கடத்தி பொருட்களின் வளர்ச்சியை செயல்படுத்துகிறது.

செமிகண்டக்டர்களின் இயற்பியலை உண்மையாகப் புரிந்து கொள்ள, பொருட்களுக்குள் இருக்கும் சார்ஜ் கேரியர்களின் அடிப்படை பண்புகள், அவை எதிர்மறை அல்லது நேர்மறை துகள்கள், பயன்படுத்தப்பட்ட மின்சார புலத்தில் அவற்றின் வேகம் மற்றும் அவை எவ்வளவு அடர்த்தியாக பொருளுக்குள் நிரம்பியுள்ளன என்பதை முதலில் புரிந்து கொள்ள வேண்டும். இயற்பியலாளர் எட்வின் ஹால் 1879 ஆம் ஆண்டில் இந்த பண்புகளை தீர்மானிக்க ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்தார், ஒரு காந்தப்புலம் ஒரு கடத்திக்குள் எலக்ட்ரான் கட்டணங்களின் இயக்கத்தை திசைதிருப்பும், மேலும் விலகலின் அளவை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட திசை ஓட்டத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ள சாத்தியமான வேறுபாடாக அளவிட முடியும். துகள்கள், படம் 1a இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. ஹால் மின்னழுத்தம் எனப்படும் இந்த மின்னழுத்தம், குறைக்கடத்தியில் உள்ள சார்ஜ் கேரியர்களைப் பற்றிய குறிப்பிடத்தக்க தகவலை வெளிப்படுத்துகிறது, அவை எதிர்மறை எலக்ட்ரான்கள் அல்லது "துளைகள்" எனப்படும் நேர்மறை குவாசிபார்டிகல்கள், அவை மின்சார புலத்தில் எவ்வளவு வேகமாக நகர்கின்றன அல்லது அவற்றின் "இயக்கம்" (µ ), மற்றும் குறைக்கடத்தியின் உள்ளே அவற்றின் செறிவு (n).

140 ஆண்டுகள் பழமையான மர்மம்

ஹாலின் கண்டுபிடிப்புக்குப் பல தசாப்தங்களுக்குப் பிறகு, ஹால் விளைவை ஒளியைக் கொண்டு அளவிட முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்தனர்-போட்டோ-ஹால் எனப்படும் சோதனைகள், படம் 1b ஐப் பார்க்கவும். இத்தகைய சோதனைகளில், ஒளி வெளிச்சமானது குறைக்கடத்திகளில் பல கேரியர்களை அல்லது எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்குகிறது. துரதிர்ஷ்டவசமாக, அடிப்படை ஹால் விளைவு பற்றிய நமது புரிதல் பெரும்பான்மையான (அல்லது பெரும்பான்மையான) சார்ஜ் கேரியர்களுக்கு மட்டுமே நுண்ணறிவை வழங்கியுள்ளது. ஒரே நேரத்தில் இரண்டு ஊடகங்களிலிருந்தும் (பெரிய மற்றும் முக்கியமற்ற) அளவுருக்களை ஆராய்ச்சியாளர்களால் பிரித்தெடுக்க முடியவில்லை. சோலார் பேனல்கள் மற்றும் பிற ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் போன்ற பல ஒளி தொடர்பான பயன்பாடுகளுக்கு இத்தகைய தகவல்கள் முக்கியமாகும்.

ஐபிஎம் ஆராய்ச்சி இதழ் ஆய்வு இயற்கை ஹால் விளைவின் நீண்டகால ரகசியங்களில் ஒன்றை வெளிப்படுத்துகிறது. கொரியா அட்வான்ஸ்டு இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் சயின்ஸ் அண்ட் டெக்னாலஜி (KAIST), கொரியா ரிசர்ச் இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் கெமிக்கல் டெக்னாலஜி (KRICT), டியூக் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் IBM ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு புதிய சூத்திரத்தையும் நுட்பத்தையும் கண்டுபிடித்துள்ளனர், இது ஒரே நேரத்தில் அடிப்படை மற்றும் அடிப்படை அல்லாத தகவல்களைப் பெற அனுமதிக்கிறது. கேரியர்கள், அவற்றின் செறிவு மற்றும் இயக்கம் போன்றவை, அத்துடன் கேரியரின் வாழ்நாள், பரவல் நீளம் மற்றும் மறுசீரமைப்பு செயல்முறை பற்றிய கூடுதல் தகவல்களைப் பெறுகின்றன.

மேலும் குறிப்பாக, ஒரு புகைப்பட-ஹால் பரிசோதனையில், இரண்டு கேரியர்களும் கடத்துத்திறன் (σ) மற்றும் ஹால் குணகம் (H, ஹால் மின்னழுத்தத்தின் காந்தப்புலத்தின் விகிதத்திற்கு விகிதத்தில்) மாற்றங்களுக்கு பங்களிக்கின்றன. ஒளி தீவிரத்தின் செயல்பாடாக கடத்துத்திறன் மற்றும் ஹால் குணகத்தை அளவிடுவதிலிருந்து முக்கிய நுண்ணறிவுகள் வருகின்றன. கடத்துத்திறன்-ஹால் குணகம் வளைவின் வடிவத்தில் மறைக்கப்பட்ட (σ-H) அடிப்படையில் புதிய தகவலைக் காட்டுகிறது: இரண்டு கேரியர்களின் இயக்கத்தின் வேறுபாடு. கட்டுரையில் விவாதிக்கப்பட்டபடி, இந்த உறவை நேர்த்தியாக வெளிப்படுத்தலாம்:

$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$display$$

இருட்டில் உள்ள பாரம்பரிய ஹால் அளவீட்டிலிருந்து அறியப்பட்ட பெரும்பான்மை கேரியர் அடர்த்தியுடன் தொடங்கி, பெரும்பான்மை மற்றும் சிறுபான்மை கேரியர் இயக்கம் மற்றும் அடர்த்தி ஆகிய இரண்டையும் ஒளியின் தீவிரத்தின் செயல்பாடாக வெளிப்படுத்தலாம். குழு புதிய அளவீட்டு முறைக்கு பெயரிட்டது: கேரியர்-தீர்க்கப்பட்ட புகைப்பட மண்டபம் (CRPH). ஒளி வெளிச்சத்தின் அறியப்பட்ட தீவிரத்துடன், கேரியரின் ஆயுட்காலம் இதேபோல் நிறுவப்படலாம். இந்த இணைப்பும் அதன் தீர்வுகளும் ஹால் விளைவு கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து கிட்டத்தட்ட ஒன்றரை நூற்றாண்டுகளாக மறைக்கப்பட்டுள்ளன.

இந்த கோட்பாட்டு புரிதலின் முன்னேற்றங்களைத் தவிர, இந்த புதிய முறையை செயல்படுத்த சோதனை முறைகளின் முன்னேற்றங்களும் முக்கியமானவை. இந்த முறைக்கு ஹால் சிக்னலின் தூய அளவீடு தேவைப்படுகிறது, இது ஹால் சிக்னல் பலவீனமாக இருக்கும் பொருட்களுக்கு கடினமாக இருக்கும் (உதாரணமாக, குறைந்த இயக்கம் காரணமாக) அல்லது கூடுதல் தேவையற்ற சமிக்ஞைகள் இருக்கும் போது, ​​வலுவான ஒளி கதிர்வீச்சு போன்றது. இதைச் செய்ய, ஊசலாடும் காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்தி ஹால் அளவீட்டைச் செய்வது அவசியம். வானொலியைக் கேட்கும்போது, ​​​​நீங்கள் விரும்பிய நிலையத்தின் அதிர்வெண்ணைத் தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும், சத்தமாக செயல்படும் மற்ற எல்லா அதிர்வெண்களையும் நிராகரிக்க வேண்டும். CRPH முறை ஒரு படி மேலே சென்று, விரும்பிய அதிர்வெண்ணை மட்டுமல்ல, அலைவு காந்தப்புலத்தின் கட்டத்தையும் ஒத்திசைவு உணர்திறன் எனப்படும் முறையைப் பயன்படுத்தி தேர்ந்தெடுக்கிறது. ஊசலாடும் ஹால் அளவீட்டின் இந்த கருத்து நீண்ட காலமாக அறியப்படுகிறது, ஆனால் ஊசலாடும் காந்தப்புலத்தை உருவாக்க மின்காந்த சுருள்களின் அமைப்பைப் பயன்படுத்தும் பாரம்பரிய முறை பயனற்றது.

முந்தைய கண்டுபிடிப்பு

அறிவியலில் அடிக்கடி நடப்பது போல, ஒரு பகுதியில் ஏற்படும் முன்னேற்றங்கள் மற்றொரு பகுதியில் கண்டுபிடிப்புகளால் இயக்கப்படுகின்றன. 2015 ஆம் ஆண்டில், IBM ரிசர்ச், படம் 2a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, "ஒட்டக கூம்பு" விளைவு எனப்படும் புதிய காந்தப்புல அடைப்பு விளைவுடன் தொடர்புடைய இயற்பியலில் முன்னர் அறியப்படாத ஒரு நிகழ்வைப் புகாரளித்தது. படம் 2b இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இணையான இருமுனைக் கோடு பொறி (PDL trap) எனப்படும் புதிய வகை இயற்கை காந்தப் பொறியை செயல்படுத்தும் ஒரு முக்கிய அம்சம் விளைவு ஆகும். டில்ட்மீட்டர், சீஸ்மோமீட்டர் (பூகம்ப சென்சார்) போன்ற பல்வேறு உணர்திறன் பயன்பாடுகளுக்கு காந்த PDL ட்ராப் ஒரு புதிய தளமாக பயன்படுத்தப்படலாம். இத்தகைய புதிய சென்சார் அமைப்புகள், பெரிய தரவு தொழில்நுட்பங்களுடன் இணைந்து, பல புதிய பயன்பாடுகளைத் திறக்கலாம், மேலும் ஐபிஎம் ஆராய்ச்சிக் குழுவானது ஐபிஎம் பிசிகல் அனலிட்டிக்ஸ் இன்டகிரேட்டட் ரெபோசிட்டரி சர்வீஸ் (PAIRS) எனப்படும் பெரிய தரவு பகுப்பாய்வு தளத்தை உருவாக்குகிறது, இது புவியியல் வளங்களைக் கொண்டுள்ளது. மற்றும் இன்டர்நெட் ஆஃப் திங்ஸ் தரவு (IoT).

ஆச்சரியப்படும் விதமாக, அதே PDL உறுப்பு மற்றொரு தனித்துவமான பயன்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது. சுழற்றும்போது, ​​காந்தப்புலத்தின் ஒரு திசை மற்றும் தூய ஹார்மோனிக் அலைவுகளைப் பெற இது ஒரு சிறந்த புகைப்பட-ஹால் பரிசோதனை அமைப்பாக செயல்படுகிறது (படம் 2c). மிக முக்கியமாக, ஃபோட்டோ-ஹால் சோதனைகளில் முக்கியமான, மாதிரியின் பரந்த பகுதியை வெளிச்சம் போடுவதற்கு கணினி போதுமான இடத்தை வழங்குகிறது.

விளைவு

நாங்கள் உருவாக்கிய புதிய போட்டோ-ஹால் முறையானது, செமிகண்டக்டர்களிடமிருந்து அற்புதமான அளவிலான தகவல்களைப் பிரித்தெடுக்க அனுமதிக்கிறது. கிளாசிக்கல் ஹால் அளவீட்டில் பெறப்பட்ட மூன்று அளவுருக்களுக்கு மாறாக, இந்த புதிய முறை சோதனை செய்யப்பட்ட ஒவ்வொரு ஒளி தீவிரத்திலும் ஏழு அளவுருக்கள் வரை அளிக்கிறது. இதில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் இரண்டின் இயக்கமும் அடங்கும்; ஒளியின் செல்வாக்கின் கீழ் அவற்றின் கேரியரின் செறிவு; மறுசீரமைப்பு வாழ்நாள்; எலக்ட்ரான்கள், துளைகள் மற்றும் ஆம்பிபோலார் வகைகளுக்கான பரவல் நீளம். இவை அனைத்தும் N முறை மீண்டும் மீண்டும் செய்யப்படலாம் (அதாவது பரிசோதனையில் பயன்படுத்தப்படும் ஒளி தீவிர அளவுருக்களின் எண்ணிக்கை).

இந்த புதிய கண்டுபிடிப்பு மற்றும் தொழில்நுட்பம் தற்போதுள்ள மற்றும் வளர்ந்து வரும் தொழில்நுட்பங்களில் குறைக்கடத்தி முன்னேற்றங்களை மேம்படுத்த உதவும். செமிகண்டக்டர் பொருட்களின் இயற்பியல் பண்புகளை மிக விரிவாக பிரித்தெடுக்க தேவையான அறிவும் கருவிகளும் இப்போது எங்களிடம் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, சிறந்த சோலார் பேனல்கள், சிறந்த ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவு தொழில்நுட்பங்களுக்கான புதிய பொருட்கள் மற்றும் சாதனங்கள் போன்ற அடுத்த தலைமுறை குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியை துரிதப்படுத்த இது உதவும்.

அசல் கட்டுரை அக்டோபர் 7, 2019 அன்று வெளியிடப்பட்டது IBM ஆராய்ச்சி வலைப்பதிவு.
மொழிபெயர்ப்பு: நிகோலாய் மரின் (நிகோலாய்மரின்), ரஷ்யா மற்றும் CIS நாடுகளில் உள்ள தலைமை தொழில்நுட்ப அதிகாரி IBM.

ஆதாரம்: www.habr.com