প্রথমবারের মতো গ্রাফিন থেকে তৈরি হলো সেমিকন্ডাক্টর

প্রথমবারের মতো বিশুদ্ধ কার্বন দিয়ে গঠিত গ্রাফিন থেকে তৈরি করা হয়েছে সেমিকন্ডাক্টর। চীন এবং যুক্তরাষ্ট্রের বিজ্ঞানীদের যৌথ প্রচেষ্টায় এই কার্যকরী সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করা হয়েছে। এর মধ্য দিয়ে, আরও ছোট আকারের, দ্রুত গতির ও আরও কার্যকর সেমিকন্ডাক্টর তৈরির পথ প্রসারিত হলো। ইলেকট্রনিক পণ্যের কার্যকারিতা বাড়াতে এই সেমিকন্ডাক্টর আরও বেশি কার্যকর ভূমিকা রাখবে। 

বিজ্ঞান বিষয়ক সংবাদমাধ্যম সায়েন্স ডেইলির এক প্রতিবেদনে বলা হয়েছে, চীনের তিয়ানজিন ইউনিভার্সিটি ও যুক্তরাষ্ট্রের জর্জিয়া ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির গবেষকেরা যৌথভাবে এই সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করেছেন। গত ৩ জানুয়ারি বিজ্ঞানবিষয়ক জার্নাল নেচারে প্রকাশিত নিবন্ধে এই যুগান্তকারী আবিষ্কারের বিষয়টি জানানো হয়। 

সাধারণত হলো সেমিকন্ডাক্টর হলো—এক বিশেষ ধরনের বিদ্যুৎ পরিবাহী যা নির্দিষ্ট শর্তের ওপর ভিত্তি করে বিভিন্ন বৈদ্যুতিক যন্ত্রপাতিতে বিদ্যুৎ পরিবহন বা সঞ্চালনে ব্যবহার করা হয়। গ্রাফিন থেকে সেমিকন্ডাক্টর আবিষ্কারের বিষয়ে প্রতিক্রিয়া ব্যক্ত করতে গিয়ে যুক্তরাজ্যের ইউনিভার্সিটি অব ম্যানচেস্টারের ন্যাশনাল গ্রাফিন ইনস্টিটিউটের অধ্যাপক সারাহ হেই বলেন, এই মূলত সেমিকন্ডাক্টরের ওপর ভিত্তি করেই সব ধরনের কম্পিউটারের কার্যক্রম পরিচালনা করে। 
 
সেমিকন্ডাক্টরের মৌলিক কাজের কথা বলতে গিয়ে সারাহ হেই জানান, মূলত সেমিকন্ডাক্টর কোনো একটি সূক্ষ্ম বৈদ্যুতিক যন্ত্রে এক ধরনে ‘সুইচ’ হিসেবে কাজ করে থাকে। যা সেই যন্ত্রে বিদ্যুতের প্রবাহ ও পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করে। এবং মূলত এই বিদ্যুৎ প্রবাহের নিয়ন্ত্রণের ওপর ভিত্তি করেই কম্পিউটারগুলোর কার্যক্রম সাধিত হয়। 

বিজ্ঞানীরা বলছেন, বিশুদ্ধ কার্বন অণুর সমন্বয়ে গঠিত গ্রাফিন সেমিকন্ডাক্টরের জগতে এক ধরনের বিপ্লব সাধন করবে। বর্তমানে সাধারণত, অধিকাংশ সেমিকন্ডাক্টরই তৈরি করা হয় সিলিকনের ওপর ভিত্তি করে। দিনে দিনে বৈদ্যুতিক যন্ত্রগুলো ক্রমেই দ্রুতগতির ও আরও বেশি দক্ষতা সম্পন্ন হয়ে উঠছে। কিন্তু সিলিকনভিত্তিক যে সেমিকন্ডাক্টরগুলো বর্তমানে আছে তা আকারের কারণে খুব বেশি তাল মেলাতে পারছে না আধুনিক যন্ত্রগুলোর সঙ্গে। তাই বিজ্ঞানীরা কোয়ান্টাম চিপ ও কার্বনভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করা যায় কিনা তা নিয়ে বিগত কয়েক দশক ধরেই গবেষণা করছিলেন। 

গ্রাফিন কার্বনের একটি রূপভেদ। সাধারণত ৬টি কার্বনে অণু পরস্পরের সঙ্গে দৃঢ়ভাবে যুক্ত হয়ে এক স্তর বিশিষ্ট যে কাঠামো তৈরি করে তাকেই গ্রাফিন বলা হয়। কার্বনের এই রূপভেদটি বেশ দৃঢ়। আবার এর নমনীয়তাও আছে। একই সঙ্গে পাতলা এই পদার্থটির রোধও অনেক বেশি। 

তবে গ্রাফিন থেকে সেমিকন্ডাক্টর তৈরির ক্ষেত্রে যে বিষয়টি সবচেয়ে বেশি বাধার তৈরি করছিল সেটি হলো ‘ব্যান্ড গ্যাপ’। কোনো একটি পরমাণুতে বিদ্যমান ইলেকট্রনগুলো যখন শক্তির এক স্তর থেকে আরেক স্তরে যেতে চায় তখন সেটিকে নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি ব্যয় করতে হয়। ইলেকট্রন শেল বা কক্ষপথের শক্তির এই ব্যবধানকেই ব্যান্ড গ্যাপ বলা হয়। আর এই ব্যান্ড গ্যাপই মূলত একটি সেমিকন্ডাক্টরে বিদ্যুৎ পরিবহনের ক্ষেত্রে সুইচ হিসেবে কাজ করে। 

এই সমস্যার সমাধান করতে গিয়ে বিজ্ঞানীরা ক্রিস্টাল সিলিকন কারবাইডের একটি স্তরের ওপর গ্রাফিনের একটি স্তর বসিয়ে দেন। তাঁরা মূলত সিলিকন কারবাইডের স্তরের ওপর গ্রাফিন রেখে এক বিশেষ ধরনের ফার্নেস ব্যবহার করে ‘এপিট্যাক্সিয়াল গ্রাফিন’ নামে একটি এক স্তর বিশিষ্ট গ্রাফিন লেয়ার তৈরি করেন। 

বিজ্ঞানীরা দেখতে পান, যদি এই দুটি স্তরকে যথাযথভাবে তৈরি করা যায় তাহলে এপিট্যাক্সিয়াল গ্রাফিন সিলিকন কারবাইডের সঙ্গে এক ধরনের রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে এবং এ ক্ষেত্রে এই গ্রাফিন সেমিকন্ডাক্টরের বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। নেচারে প্রকাশিত নিবন্ধে বিজ্ঞানীরা দাবি করেছেন, গ্রাফিনের তৈরি সেমিকন্ডাক্টর অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায় অন্তত ১০ গুণ বেশি পরিবহনযোগ্যতা দেখায়।

নিবন্ধে বিজ্ঞানীরা বলছেন, ‘অন্য কথায় বললে, গ্রাফিন সেমিকন্ডাক্টরে রূপান্তরিত হলে তার ভেতর দিয়ে বিদ্যুৎ পরিবাহী ইলেকট্রন অনেক কম বাধায় চলাচল করতে পারে (এর সহজ অর্থ হলো, বিদ্যুৎও খুব দ্রুত পরিবাহিত হয়।)। ইলেকট্রনিকসে এর অর্থ হলো, কম্পিউটারের কার্যক্ষমতাও দ্রুত হবে যাবে এর ফলে।’ 

বিজ্ঞানীরা বিষয়টিকে তুলনা করেছেন নুড়িপাথর বিছানো রাস্তার বিপরীতে মসৃণ মহাসড়কে গাড়ি চালানোর সঙ্গে। এ বিষয়ে গবেষণাপত্রটির প্রধান লেখক, ওয়াল্টার ডে হীর বলেন, ‘এটি অনেক বেশি কার্যকর ও অনেক বেশি দক্ষ। এটি খুব বেশি উত্তপ্তও হয় না। যেহেতু এতে ইলেকট্রন অনেক বেশি দ্রুত চলাচল করতে পারে তাই এটি কম্পিউটিংয়ের ক্ষেত্রে আরও অনেক বেশি গতি আনবে।’