हीरा भले ही लड़की का सबसे अच्छा दोस्त हो, लेकिन यह समाज के विद्युतीकरण को बनाए रखने की कुंजी भी हो सकता है। शोधकर्ता हीरे के साथ अर्धचालकों में क्रांति ला रहे हैं, और इस उपकरण में बहुत संभावनाएं हैं। इसमें सबसे कम लीकेज करंट और सबसे ज़्यादा ब्रेकडाउन वोल्टेज है। इस उपकरण से 2050 तक कार्बन तटस्थता के लक्ष्य को प्राप्त करने की उम्मीद है।
इलिनोइस अर्बाना-शैम्पेन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हीरे का उपयोग करके एक अर्धचालक उपकरण विकसित किया है । यह उपकरण हीरे से बने उपकरणों के लिए अब तक दर्ज किए गए उच्चतम ब्रेकडाउन वोल्टेज और न्यूनतम लीकेज करंट को प्रदर्शित करता है । यह विकास नवीकरणीय ऊर्जा की ओर विश्व के संक्रमण के लिए आवश्यक अधिक कुशल प्रौद्योगिकियों के विकास का मार्ग प्रशस्त करता है।
यह शोध उनके डायमंड डिवाइस की असाधारण सहनशक्ति को दर्शाता है। इससे पता चलता है कि यह लगभग 5 kV के आश्चर्यजनक रूप से उच्च वोल्टेज को सहन करने में सक्षम है । वोल्टेज की यह सीमा डिवाइस की नहीं बल्कि मापन सेटअप की वजह से है, जो इसकी और भी अधिक क्षमता का संकेत देती है। सैद्धांतिक रूप से, उनका डिवाइस लगभग 9 kV तक का वोल्टेज सहन कर सकता है , जो डायमंड डिवाइस के सभी पिछले रिकॉर्ड को तोड़ देगा। उल्लेखनीय रूप से कम लीकेज करंट न केवल डिवाइस की समग्र दक्षता को बढ़ाता है बल्कि इसकी विश्वसनीयता को भी बेहतर बनाता है।
हीरा अर्धचालकों के लाभ
सिलिकॉन जैसे पारंपरिक अर्धचालक पदार्थों की तुलना में , हीरा विद्युत प्रदर्शन में कोई समझौता नहीं करता है। हीरा एक उत्कृष्ट अर्धचालक है और हीरे से बने अर्धचालक उपकरणों में निम्नलिखित विशेषताएं शामिल हैं:
- उच्च तापीय चालकता
- अच्छा ऊष्मा चालक
- यह काफी उच्च वोल्टेज और धाराओं पर कार्य कर सकता है
- यह कम सामग्री का उपयोग करता है और कुशलतापूर्वक गर्मी को नष्ट करता है
- इसमें लीकेज करंट में असाधारण कमी आती है।
इस शोध का नेतृत्व कर रहे विद्युत एवं कंप्यूटर अभियांत्रिकी के प्रोफेसर कैन बायराम ने कहा, “एक ऐसी विद्युत ग्रिड के लिए जहां उच्च धारा और उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जो सौर पैनलों और पवन टर्बाइनों जैसे अनुप्रयोगों के लिए सब कुछ अधिक कुशल बनाती है, हमें एक ऐसी तकनीक की आवश्यकता है जिसकी कोई तापीय सीमा न हो। यहीं पर हीरे का महत्व सामने आता है।”
हीरे मूल रूप से कार्बन से बने होते हैं, जो एक प्रचुर संसाधन है। कृत्रिम हीरे बनाना अरबों वर्षों के बजाय कुछ ही हफ्तों में संभव है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया से कार्बन उत्सर्जन में काफी कमी आती है—लगभग 100 गुना कम । इसलिए, हीरों के साथ अर्धचालकों में क्रांति लाकर, शोधकर्ता दोनों ही स्तरों पर उत्सर्जन को कम कर सकते हैं।
अर्धचालकों में प्रगति
आमतौर पर सिलिकॉन का उपयोग अर्धचालकों के निर्माण में किया जाता है, और अब तक वे ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करते रहे हैं।
लेकिन प्रोफ़ेसर बायराम के अनुसार, “हम यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि हमारी ज़रूरतें लगातार बदलती रहें, फिर भी सभी के लिए पर्याप्त संसाधन उपलब्ध हों। अभी हम ज़्यादा से ज़्यादा बैंडविड्थ का उपयोग कर रहे हैं, ज़्यादा डेटा बना रहे हैं (जिसके लिए ज़्यादा स्टोरेज की भी ज़रूरत होती है), और ज़्यादा बिजली, ज़्यादा विद्युत और कुल मिलाकर ज़्यादा ऊर्जा का उपयोग कर रहे हैं। सवाल यह है कि क्या हम ज़्यादा ऊर्जा पैदा करने और ज़्यादा बिजली संयंत्र बनाने के बजाय इन सभी प्रक्रियाओं को ज़्यादा कुशल बना सकते हैं?”
बिजली की बढ़ती जरूरत
वर्तमान में, अनुमान है कि बिजली उपकरण विश्व की 50% बिजली को नियंत्रित करते हैं । अनुमान है कि यह संख्या 10 वर्षों से भी कम समय में बढ़कर 80% हो जाएगी। साथ ही, 2050 तक बिजली की मांग में 50% की वृद्धि होने की उम्मीद है ।
2050 तक कार्बन तटस्थता के वैश्विक लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों में आमूलचूल परिवर्तन आवश्यक है। तभी एक अधिक मजबूत और भरोसेमंद विद्युत ग्रिड स्थापित किया जा सकेगा। नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज, इंजीनियरिंग और मेडिसिन की एक नई रिपोर्ट के अनुसार , विद्युत ग्रिड के आधुनिकीकरण और विस्तार को ठीक से संबोधित न करने के संभावित प्रभाव से निम्नलिखित खतरे उत्पन्न होते हैं:
- की ओर सफल संक्रमण के लिए खतरा स्थायी ऊर्जा।
- अपर्याप्त संचरण क्षमता इससे नवीकरणीय स्रोतों के उपयोग में बाधा उत्पन्न होगी, जिससे जीवाश्म ईंधन उत्सर्जन में अस्थायी वृद्धि हो सकती है।
- आगे और अधिक कमजोर करना राष्ट्र के प्रयास अपने समग्र उत्सर्जन को कम करने के लिए सरकार द्वारा उठाए गए कदम, उसके उत्सर्जन न्यूनीकरण लक्ष्यों की प्राप्ति में बाधा उत्पन्न कर सकते हैं।
प्रोफेसर कैन बायराम ने कहा, "बिजली की उन मांगों को पूरा करने और विद्युत ग्रिड का आधुनिकीकरण करने के लिए, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि हम सिलिकॉन जैसे पारंपरिक पदार्थों से हटकर उन नए पदार्थों की ओर बढ़ें जिन्हें आज अपनाया जा रहा है, जैसे कि सिलिकॉन कार्बाइड और अगली पीढ़ी के अर्धचालक - अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप पदार्थ - जैसे कि एल्यूमीनियम नाइट्राइड, हीरा और संबंधित यौगिक।"
आगामी अवसर
शोधकर्ताओं का लक्ष्य हीरे की सहायता से एक ऐसा उपकरण बनाना है जो उच्च शक्ति और वोल्टेज अनुप्रयोगों को संभाल सके, तथा इसके माध्यम से अर्धचालकों में क्रांति लाना है।
“हमने भविष्य के विद्युत ग्रिड और अन्य विद्युत अनुप्रयोगों के लिए उच्च शक्ति, उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों हेतु उपयुक्त एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बनाया है। हमने इस उपकरण को अल्ट्रा-वाइड बैंडगैप सामग्री, सिंथेटिक हीरे पर बनाया है, जो वर्तमान पीढ़ी के उपकरणों की तुलना में बेहतर दक्षता और बेहतर प्रदर्शन का वादा करता है। आशा है कि हम इस उपकरण और अन्य कॉन्फ़िगरेशन को अनुकूलित करना जारी रखेंगे ताकि हम हीरे की सामग्री क्षमता की प्रदर्शन सीमाओं तक पहुँच सकें,” इस प्रयोग में शामिल स्नातक छात्र और शोधकर्ता झूओरान हान ने कहा।
स्रोत : अगली पीढ़ी के सेमीकंडक्टर: डायमंड डिवाइस ने उच्चतम ब्रेकडाउन वोल्टेज दिखाया
