দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণ, পরমাণুর একক স্তর সমন্বিত, সাধারণত আধুনিক ক্ষুদ্রাকৃতি ডিভাইসগুলিতে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, ডিভাইস অপারেশন যথেষ্ট তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং তাপ চাপ হতে পারে, ডিভাইস ব্যর্থতার কারণ হতে পারে.
তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে 2D উপাদানগুলি কীভাবে প্রসারিত হয় সে সম্পর্কে দুর্বল বোঝার কারণে এই ধরনের সমস্যা দেখা দেয়। এই উপকরণগুলি পাতলা এবং অপটিক্যালি স্বচ্ছ, তাই তাদের তাপ সম্প্রসারণ সহগ (TEC) মান পদ্ধতি ব্যবহার করে পরিমাপ করা প্রায় অসম্ভব। এই ধরনের তাপীয় চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করার জন্য, তাপ সম্প্রসারণ সহগ (TEC) সম্পর্কে ভাল ধারণা থাকা অপরিহার্য।
একটি নতুন এমআইটি অধ্যয়ন একটি নতুন কৌশল হাইলাইট করে যাতে উত্তপ্ত হলে পরমাণু-পাতলা পদার্থগুলি কীভাবে প্রসারিত হয় তা সঠিকভাবে পরিমাপ করতে। উপাদানটি কীভাবে প্রসারিত হয় তা সরাসরি পরিমাপ করার পরিবর্তে, তারা উপাদানের পরমাণুর কম্পন ট্র্যাক করতে লেজার আলো ব্যবহার করেছিল। তারা নির্ভুলভাবে একই পরিমাপ করে তাপ সম্প্রসারণ সহগ পরিমাপ করেছে 2D উপাদান তিনটি ভিন্ন সারফেস বা সাবস্ট্রেটে।
এই পদ্ধতিটি অত্যন্ত নির্ভুল, তাত্ত্বিক গণনার সাথে মেলে এমন ফলাফল অর্জন করে। পদ্ধতিটি নিশ্চিত করে যে 2D উপকরণের TECগুলি পূর্বের চিন্তার চেয়ে অনেক সংকীর্ণ পরিসরে পড়ে। এই তথ্য ইঞ্জিনিয়ারদের ডিজাইন করতে সাহায্য করতে পারে পরবর্তী প্রজন্মের ইলেকট্রনিক্স.
সহ-প্রধান লেখক এবং প্রাক্তন মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং স্নাতক ছাত্র Lenan Zhang SM '18, Ph.D. '22, যিনি এখন একজন গবেষণা বিজ্ঞানী, বলেছেন, “এই সংকীর্ণ শারীরিক পরিসর নিশ্চিত করার মাধ্যমে, আমরা ইঞ্জিনিয়ারদের একটি ডিভাইস ডিজাইন করার সময় নীচের স্তরটি বেছে নেওয়ার জন্য প্রচুর উপাদান নমনীয়তা দেই। তাপীয় চাপ কমানোর জন্য তাদের একটি নতুন নীচের স্তর তৈরি করার দরকার নেই। আমরা বিশ্বাস করি এর ইলেকট্রনিক ডিভাইস এবং প্যাকেজিং সম্প্রদায়ের জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব রয়েছে।"
বিজ্ঞানীরা 2D উপাদান তৈরি করে এমন পরমাণুর উপর ফোকাস করে সমস্যার সমাধান করেছেন। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে এর পরমাণুগুলি কম ফ্রিকোয়েন্সিতে কম্পন করে এবং আরও দূরে সরে যায়। এর ফলে উপাদান প্রসারিত হয়।
নামক একটি কৌশল মাইক্রো-রমন স্পেকট্রোস্কোপি এই কম্পন পরিমাপ ব্যবহৃত হয়. পদ্ধতিটি একটি লেজার দিয়ে উপাদান আঘাত জড়িত। কম্পনশীল পরমাণুগুলি লেজারের আলোকে ছড়িয়ে দেয় এবং এই মিথস্ক্রিয়াটি তাদের কম্পনের ফ্রিকোয়েন্সি সনাক্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
যাইহোক, 2D উপাদানের পরমাণুগুলি সাবস্ট্রেট প্রসারিত বা সংকোচনের সাথে সাথে কম্পনে পরিবর্তিত হয়। উপাদানের অভ্যন্তরীণ গুণাবলীর উপর ফোকাস করার জন্য, বিজ্ঞানীদের এই সাবস্ট্রেট প্রভাবকে দ্বিগুণ করতে হবে। তিনটি ভিন্ন সাবস্ট্রেটে- তামা, যার উচ্চ TEC আছে, ফিউজড সিলিকা, যার TEC কম; এবং অনেকগুলি মাইক্রোস্কোপিক গর্ত সহ একটি সিলিকন সাবস্ট্রেট - তারা একই 2D উপাদানের কম্পনের ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করেছে। তারা ফ্রিস্ট্যান্ডিং উপাদানের এই ক্ষুদ্র অঞ্চলগুলি পরিমাপ করতে পারে কারণ 2D উপাদানটি পরবর্তী স্তরের গর্তের উপরে থাকে।
পরবর্তীতে, বিজ্ঞানীরা তাপমাত্রাকে সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য প্রতিটি স্তরকে একটি তাপীয় মঞ্চে স্থাপন করেন, প্রতিটি নমুনাকে উত্তপ্ত করেন এবং মাইক্রো-রমন বর্ণালীবিদ্যা সঞ্চালন করেন।
অনুসন্ধানগুলি অপ্রত্যাশিত কিছু দেখিয়েছে: 2D উপকরণগুলি তাদের অন্তর্ভুক্ত উপাদানগুলির উপর ভিত্তি করে একটি শ্রেণিবিন্যাসে পড়েছিল। উদাহরণস্বরূপ, মলিবডেনাম ধারণ করে এমন একটি 2D উপাদানে সবসময় টংস্টেন ধারণ করে এমন একটি থেকে একটি বড় TEC থাকে।
বিজ্ঞানীরা যখন আরও গভীরে খনন করেন, তখন তারা দেখতে পান যে এই শ্রেণিবিন্যাসটি বৈদ্যুতিক ঋণাত্মকতা নামে পরিচিত একটি মৌলিক পারমাণবিক সম্পত্তির ফলাফল।
ইয়াং ঝং, মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের স্নাতক ছাত্র, বলেন, “তারা দেখেছে যে 2D উপাদান তৈরি করে এমন উপাদানগুলির বৈদ্যুতিক ঋণাত্মকতার মধ্যে পার্থক্য যত বেশি হবে, উপাদানটির তাপীয় প্রসারণ সহগ তত কম হবে। একজন প্রকৌশলী জটিল গণনার উপর নির্ভর না করে যেকোন 2D উপাদানের জন্য TEC কে দ্রুত অনুমান করতে এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করতে পারেন যা সাধারণত একটি সুপার কম্পিউটার দ্বারা ক্রাঞ্চ করা উচিত।"
ঝাঙ বলেছেন, "একজন প্রকৌশলী কেবল পর্যায় সারণী অনুসন্ধান করতে পারেন, সংশ্লিষ্ট উপকরণগুলির বৈদ্যুতিক ঋণাত্মকতা পেতে পারেন, তাদের আমাদের পারস্পরিক সম্পর্ক সমীকরণে প্লাগ করতে পারেন এবং এক মিনিটের মধ্যে, তারা TEC এর একটি যুক্তিসঙ্গতভাবে ভাল অনুমান করতে পারে৷ এটি ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য দ্রুত উপকরণ নির্বাচনের জন্য খুব আশাব্যঞ্জক।"
বিজ্ঞানীরা এখন আরও অনেক 2D উপকরণে তাদের কৌশল ব্যবহার করার পরিকল্পনা করছেন। তারা এখন TEC-এর একটি ডাটাবেস তৈরি করতে চায়।
জার্নাল রেফারেন্স:
- ইয়াং ঝং, লেনান ঝাং এট আল। দ্বি-মাত্রিক ট্রানজিশন ধাতু ডিচালকোজেনাইড মনোলেয়ারের তাপীয় সম্প্রসারণের জন্য একটি একীভূত পদ্ধতি এবং বর্ণনাকারী। বিজ্ঞান অগ্রগতি. ডোই: 10.1126/sciadv.abo3783
