फेरोइलेक्ट्रिक ‘बबल’ को बरकरार रखते हुए, शोधकर्ताओं ने नए उपकरणों का मार्ग प्रशस्त किया currenthindi

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फेरोइलेक्ट्रिक ‘बबल’ को बरकरार रखते हुए, शोधकर्ताओं ने नए उपकरणों का मार्ग प्रशस्त किया

उच्च-रिज़ॉल्यूशन पीज़ोरेस्पॉन्स बल माइक्रोस्कोपी द्वारा फ्रीस्टैंडिंग फेरोइलेक्ट्रिक बबल डोमेन का अवलोकन: छवि के दाईं ओर दो नीले-सफेद धब्बे (4 एनएम त्रिज्या) बुलबुले इंगित करता है। क्रेडिट: आर्गन नेशनल लेबोरेटरी।)

जब एक जादूगर अचानक प्लेटों और गिलासों से भरी मेज से एक मेज़पोश खींचता है, तो दर्शकों को आश्चर्य होता है कि क्या मंच जल्द ही टूटे हुए कांच से भर जाएगा। अब तक, लचीली माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और ऊर्जा भंडारण उपकरणों की अगली पीढ़ी बनाने के लिए विशेष विद्युत बुलबुले के साथ काम करने वाले वैज्ञानिकों द्वारा सामना की जाने वाली लचीली दुविधा।


अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) के आर्गन नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने मेज़पोश रणनीति के परमाणु-पैमाने के संस्करण के लिए एक नया तरीका खोजा है, जिसमें एक विशिष्ट अंतर्निहित सामग्री या सब्सट्रेट से विद्युत बुलबुले वाले हेटरोस्ट्रक्चर पतली फिल्मों द्वारा छीन लिए जाते हैं। पूरी तरह से बरकरार। यह खोज हमें उन अनुप्रयोगों के करीब एक कदम आगे ला सकती है जो इन असामान्य और भंगुर कृतियों पर भरोसा करते हैं।

आर्गन मैटेरियल्स के वैज्ञानिक सैदुर बकौल ने कहा, “आप किसी घर को उसकी नींव से हटाने की कोशिश करने के बारे में सोच सकते हैं। आम तौर पर, आपको लगता है कि एक घर गिर जाएगा, लेकिन हमें पता चला कि इसने अपनी सभी संपत्तियों को बरकरार रखा है।”

आर्गन मैटेरियल्स के एक वैज्ञानिक सैदुर बकौल ने कहा, “बुलबुले बहुत नाजुक होते हैं और शुरू में उन्हें एक निश्चित अंतर्निहित सामग्री की आवश्यकता होती है, जिसे सब्सट्रेट कहा जाता है, और उनके साथ फिल्मों को विकसित करने के लिए उन्हें कुछ शर्तों की आवश्यकता होती है।” “हमारे लिए रुचि की कई सामग्रियां हैं जिनके लिए ये बुलबुले बेहद उपयोगी हो सकते हैं, जैसे प्लास्टिक। हालांकि, हम इन सामग्रियों पर सीधे उन्हें विकसित करने में सक्षम नहीं हैं। हमारा शोध वहां बुलबुले को संभव बनाने में एक प्रारंभिक कदम है।”

विद्युत बुलबुले तीन-स्तरीय अल्ट्राथिन संरचनाओं में वैकल्पिक विद्युत गुणों के साथ पाए जाते हैं: फेरोइलेक्ट्रिक, फिर ढांकता हुआ, फिर फेरोइलेक्ट्रिक। इस बहुपरत संरचना में बुलबुले विशेष संख्या वाले द्विध्रुव या जुड़वां विद्युत आवेशों से बने होते हैं। इन द्विध्रुवों की दिशा सामग्री में स्थानीय तनाव और सतह पर आवेश पर निर्भर करती है जिसके कारण द्विध्रुव अपनी सापेक्ष न्यूनतम ऊर्जा अवस्था पाते हैं। आखिरकार, बिजली के बुलबुले (बबल डोमेन) बनते हैं, लेकिन केवल तभी जब कुछ शर्तें पूरी होती हैं। वे छोटी ताकतों द्वारा भी आसानी से विकृत हो जाते हैं।

प्रयोग में, न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय में बकौल के सहयोगियों ने सबसे पहले स्ट्रोंटियम टाइटेनेट सब्सट्रेट पर अल्ट्राथिन हेटरोस्ट्रक्चर फिल्म में बुलबुले लगाए – बनाने में सबसे आसान सामग्री में से एक। फिर, बकुल को बुलबुले को बनाए रखते हुए सब्सट्रेट से हेटरोस्ट्रक्चर को हटाने की चुनौती का सामना करना पड़ा। “आप उसके बारे में सोच सकते हैं कि वह घर को उसके आधार से हटाने की कोशिश कर रहा है,” उन्होंने कहा। “आम तौर पर, आपको लगता है कि घर टूट जाएगा, लेकिन हमें पता चला कि उसने अपनी सारी संपत्ति बरकरार रखी।”

बबल डोमेन छोटे होते हैं। वे त्रिज्या में लगभग 4 नैनोमीटर हैं – मानव डीएनए स्ट्रैंड जितना चौड़ा। इसलिए, उन्हें देखना मुश्किल है। आर्गोनी के सामग्री विज्ञान खंड में, फूरियर ट्रांसफॉर्म विश्लेषण के साथ उन्नत स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी तकनीक वैज्ञानिकों को न केवल उन्हें देखने की अनुमति देती है बल्कि फ्रीस्टैंडिंग फिल्मों में उनके गुणों को भी मापती है।

यह स्थापित करने के लिए कि बबल डोमेन बरकरार हैं, बकौल ने दो माइक्रोस्कोपी तकनीकों द्वारा उनके इलेक्ट्रॉनिक (कैपेसिटेंस) और पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को मापा: माइक्रोवेव प्रतिबाधा माइक्रोस्कोपी और पीज़ोरेस्पॉन्स फोर्स माइक्रोस्कोपी को स्कैन करना। यदि बुलबुले नष्ट हो गए होते, तो लागू वोल्टेज के तहत समाई बदल जाती, लेकिन बकौल ने देखा कि यह काफी उच्च वोल्टेज तक अपेक्षाकृत स्थिर रहता है।

इन प्रयोगों ने सैद्धांतिक विश्लेषणों से प्राप्त समाई के सांख्यिकीय अनुमानों को मान्य किया जो कि बाकौल और उनके छात्रों ने सर्किट सिद्धांत के साथ परमाणु सिमुलेशन के संयोजन से विकसित किया था। “प्रयोग और अनुकरण का संयोजन निर्णायक रूप से साबित हुआ कि ये बुलबुले मूल सब्सट्रेट से हटाए जाने पर भी जीवित रहने में सक्षम हैं। यह कुछ ऐसा था जिसे हम लंबे समय से हासिल करने की उम्मीद कर रहे थे,” बकौल ने कहा।

जब बुलबुले हटा दिए गए, तो हेटरोस्ट्रक्चर फिल्म जो पहले एक मेज़पोश के समान सपाट थी, अचानक एक तैरती हुई उपस्थिति पर ले गई। जबकि बकौल ने कहा कि बहुत से लोगों का मानना ​​है कि यह परिवर्तन बुलबुले के गुणों को नुकसान पहुंचाएगा, उन्होंने देखा कि बुलबुले वास्तव में सामग्री के अंतर्निर्मित वोल्टेज में परिवर्तन द्वारा संरक्षित थे। अर्कांसस विश्वविद्यालय में बकौल के सहयोगियों द्वारा किए गए एक परमाणु सिमुलेशन से पता चलता है कि मुक्त इंटरफ़ेस पर लोचदार ऊर्जा तरंगों के गठन की उत्पत्ति है।

बकौल के अनुसार, परिणाम रोमांचक है, क्योंकि इन बुलबुले में असामान्य और दिलचस्प विद्युत और यांत्रिक गुण हैं। “फेरोइलेक्ट्रिक बुलबुले नई खोजी गई नैनोस्केल वस्तुएं हैं, ” उन्होंने कहा। “समुदाय में आम सहमति है कि उनके पास बहुत सारे अनुप्रयोग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, इन बुलबुले के परिवर्तन में असामान्य रूप से उच्च विद्युत प्रतिक्रिया होती है, जिसमें माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और ऊर्जा अनुप्रयोगों में उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में अनुप्रयोग हो सकते हैं।”

यद्यपि यह भौतिकी है और जादू नहीं है जिसने इन बुलबुले के एकीकरण के लिए एक संभावित नया मार्ग बनाया है, बाकॉल ने सुझाव दिया कि इसके आधार पर नई प्रौद्योगिकियों का परिवर्तनकारी प्रभाव हो सकता है। “चाहे हम ऊर्जा हार्वेस्टर या सुपरकंप्यूटर की बात कर रहे हों, ये बुलबुले कई अलग-अलग सामग्रियों और अनुप्रयोगों के लिए एक बड़ा अंतर ला सकते हैं,” उन्होंने कहा।

शोध पर आधारित एक पेपर 19 सितंबर के अंक में प्रकाशित हुआ था उन्नत सामग्री।


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और जानकारी:
सैदुर आर. बकौल एट अल, फ्रीस्टैंडिंग फेरोइलेक्ट्रिक बबल डोमेन, उन्नत सामग्री (2021)। डीओआई: 10.1002 / adma.202105432

Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: फेरोइलेक्ट्रिक ‘बबल’ को बरकरार रखते हुए, शोधकर्ताओं ने नए उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त किया (2021, नवंबर 19) नवंबर 19, 2021 https://phys.org/news/2021-11-ferroelectric-intact-pave- devices.html से लिया गया

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