उष्णता आणि तापमानातील सूक्ष्म बदल ओळखणे शक्य

heat and temperature भारतातील शास्त्रज्ञांनी तापमानातील अगदी कमी फरकापासून असामान्यपणे उच्च व्होल्टेज विद्युत निर्माण करण्याची पद्धत शोधून काढली आहे. या संशोधनामुळे घन पदार्थांच्या गुणधर्मांविषयीच्या समजुतीला मागील शतकाहून अधिक काळापासून दिशा देणाऱ्या एका मर्यादेलाच आव्हान मिळाले आहे. या संशोधनामुळे उष्णता आणि तापमानातील सूक्ष्म बदल ओळखू शकणारी उपकरणे विकसित करणे शक्य होऊ शकते.

 

 

 

या महत्त्वपूर्ण प्रगतीमध्ये ‘स्कँडियम नायट्राइड’पासून बनवलेल्या एका विशेषरित्या विकसित सेमीकंडक्टरचा समावेश आहे. हा पदार्थ स्फटिकीय घन पदार्थांमध्ये पूर्वी शक्य मानल्या गेलेल्या मर्यादेपलीकडे ‘थर्मोइलेक्ट्रिक व्होल्टेज’ निर्माण करू शकतो, असे जवाहरलाल नेहरू सेंटर फॉर ॲडव्हान्स्ड सायंटिफिक रिसर्च, सिडनी विद्यापीठ आणि इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स येथील संशोधकांना आढळून आले. हा शोध ‘सीबेक इफेक्ट’वर आधारित आहे. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, एखाद्या पदार्थाची एक बाजू दुसऱ्या बाजूच्या तुलनेत अधिक उष्ण असते, तेव्हा त्यातील गतिमान ‘विद्युतभार वाहक कण’ (चार्ज कॅरियर्स) व्होल्टेज निर्माण करू शकतात. तापमान मोजणारी उपकरणे आणि वाया जाणारी उष्णता विजेमध्ये रूपांतरित करणाऱ्या प्रणालींसारख्या उपकरणांमध्ये या परिणामाचा वापर आधीपासूनच केला जातो.

 

 

स्फटिकीय घन पदार्थांमध्ये तापमानातील फरकामुळे किती प्रमाणात व्होल्टेज निर्माण होऊ शकते, याला एक व्यावहारिक मर्यादा असते, असे शास्त्रज्ञांचे अनेक दशकांपासून मानणे होते. नवीन संशोधन या गृहितकालाच आव्हान देते. संघाने ‘स्कँडियम नायट्राइड’चे पातळ थर तयार केले आणि त्या पदार्थात जाणीवपूर्वक मॅग्नेशियम मिसळले. यामुळे स्फटिकामधून विद्युत प्रभाराच्या प्रवाहात बदल झाला आणि संशोधकांच्या मते एक अत्यधिक डोप म्हणजेच सेमीकंडक्टरमध्ये विद्युत वाहकता वाढवण्यासाठी रासायनिक अशुद्धी मिसळण्याची प्रक्रिया यामुळे ‘कंपन्सेटेड सेमीकंडक्टर’ तयार झाला. जेव्हा एकाच सेमीकंडक्टरमध्ये दाता आणि स्वीकर्ता या दोन्ही प्रकारच्या अशुद्धता एकाच वेळी मिसळल्या जातात, तेव्हा त्याला ‘कंपन्सेटेड सेमीकंडक्टर’ म्हणतात. यात दोन्ही अशुद्धता एकमेकांचे विद्युत प्रभाव नष्ट किंवा संतुलित करतात.

 

 

संशोधकांनी एका पातळ थरामध्ये (फिल्म) खोलीच्या तापमानाजवळ उणे १२४.६ मिलिव्होल्ट्स प्रति केल्विनपेक्षा अधिक ‘सीबेक गुणांक’ मोजला. हे प्रमाण स्फटिकमय स्थायू पदार्थांसाठी यापूर्वी नोंदवलेल्या कमाल मर्यादेपेक्षा जवळपास १०० पट अधिक आहे. फिल्म्स अधिक पातळ केल्यामुळे हा परिणाम आणखी तीव्र होतो. या संशोधनामुळे कालांतराने उष्णता आणि तापमानातील सूक्ष्म बदल ओळखू शकणारी अधिक संवेदनशील उपकरणे विकसित होऊ शकतात.