ವಿಶೇಷ ತಂತಿಯ ವಿರೋಧಾಭಾಸ
ಸಹಜ ನಿರೀಕ್ಷೆಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾದ ಒಂದು ನಡುವಳಿಕೆಯನ್ನ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ಪತ್ತೆ ಮಾಡಿದ್ದಾರೆ.
Vacuum Architect at
Thermofisher Scientific
To read this story in English, go to page 1.
ನಮ್ಮೆಲ್ಲರ ವಿದ್ಯುತ್‌ಶಕ್ತಿಮಯ ಜಗತ್ತಿನ ಅತಿ ಮುಖ್ಯ ಅಂಶಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ತಂತಿಗಳು. ವಿದ್ಯುತ್‌ಶಕ್ತಿಯನ್ನ ಅದರ ಹುಟ್ಟಿನಿಂದ ಮನೆಗಳಿಗೆ ಸಾಗಿಸಿ, ಮನೆಯ ಗೋಡೆಗಳ ಮೂಲಕ ಸಲಕರಣೆಗೆ ಸಾಗಿಸಿ, ಸಲಕರಣೆಯ ಒಳಗೆ ಹುದುಗಿ ಅದನ್ನ ನಡೆಸುವುದಕ್ಕೂ ಈ ವಿದ್ಯುತ್‌ತಂತಿಗಳು ಅತ್ಯಗತ್ಯ. ಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸುಲಭವಾಗಿ ಹರಿಯೋದರಿಂದ, ತಂತಿಗಳನ್ನ ಸಾಧರಣವಾಗಿ ಲೋಹಗಳಿಂದ ತಯಾರಿಸುತ್ತಾರೆ. ಅದೇ ಬೇರೆ ಕೆಲವು ಪದಾರ್ಥಗಳಲ್ಲಿ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಕ್‍ಗಳು) ವಿದ್ಯುತ್ ಸುಲಭವಾಗಿ ಹರಿಯೋದಿಲ್ಲ.
ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿವನ್ನ ವರ್ಣಿಸೋ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಸುಪ್ರಸಿದ್ಧವಾದ ನಿಯಮ ‘ಓಮ್ಸ್ ಲಾ’ ಪ್ರಕಾರ ವಿದ್ಯುತ್ ಹರಿವಿನ ಪ್ರಮಾಣ, ತಂತಿಯ ಕೊನೆಗಳ ನಡುವೆ ಇರುವ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತೆ. ಈ ಎರಡೂ ಪರಿಮಾಣಗಳನ್ನ ಸಮೀಕರಿಸುವಾಗ ಹುಟ್ಟೋ ಪರಿಮಾಣ (ವಿದ್ಯುತ್) ತಡೆತ (ರೆಜ಼ಿಸ್ಟೆನ್ಸ್). ಈ ತಡೆತದ ಪ್ರಮಾಣ ತಂತಿಯ ಉದ್ದದ ಪ್ರಮಾಣದ ಜೊತೆ ಹಿಗ್ಗುತ್ತೆ.
ಐಸಿಟಿಎಸ್-ಟಿಐಎಫ಼್‌ಆರ್ ನ ಸಂಶೋಧಕರು ಮತ್ತು ಐಐಎಸ್‌ಇಆರ್-ಪುಣೆ ಹಾಗು ಐಐಟಿ-ಹೈದರಾಬಾದ್‌ ನ ಅವರ ಸಹಯೋಗಿಗಳಿಗೆ ಕಂಡುಬಂದಿರೋದೇನೆಂದರೆ, ಕೆಲವು ವಿಶೇಷ ಪ್ರಸಂಗಗಳಲ್ಲಿ ತಂತಿಯ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ತಡೆತದ ಪ್ರಮಾಣ ಕುಗ್ಗುತ್ತೆ ಎನ್ನೋದು. ಈ ಮುಂಚೆ, ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಓಮ್ಸ್ ಲಾ ಗೆ ಕೆಲವು ಹೊರತುಗಳನ್ನ ಗುರುತಿಸಿದ್ದರೂ ಈ ರೀತಿ ತದ್ವಿರುದ್ಧ ನಡುವಳಿಕೆ ಕಂಡುಬಂದಿರೋದು ಇದೇ ಮೊದಲು.
ವಿದ್ಯುತ್‌ಶಕ್ತಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ಹಾಗು ಕ್ವಾಂಟಂ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್
ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂವಹನೆಯಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಾಗಣೆ. ಪ್ರತಿ ಅಣು ಹಾಗು ಅಣುಗಣಗಳಲ್ಲಿ (ಮಾಲಿಕ್ಯೂಲ್‌ಗಳಲ್ಲಿ) ತುಂಬಿರೋ ಈ ಮೂಲಭೂತ ಕಣಗಳ ನಡುವಳಿಕೆ ಕ್ವಾಂಟಂ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್ ನಿಯಮಗಳ ಪ್ರಕಾರ. ಕ್ವಾಂಟಂ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನ ಕಣವಾಗಿ ಅಲ್ಲದೆ ಜೊತೆಗೇ ಅಲೆಯಾಗಿ ಪರಿಗಣಿಸುವುದು ಮುಖ್ಯ.
ಸಹಲೇಖಕಿ ಐಸಿಟಿಎಸ್ ನ ಮಧುಮಿತ ಸಹ ಪ್ರಕಾರ ಈ ರೀತಿ ತಂತಿಯ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಿದಾಗ ಜೊತೆಗೆ ಕುಗ್ಗುವ ತಡೆತ ಕಾಣಸಿಗೋದು ವಿಷೇಶವಾದ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ. ಸಾಧಾರಣವಾದ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲನೆ ಮೂರೂ ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ (ಡೈಮೆನ್ಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ) ನಡೆದರೆ ಈ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅದು ತಂತಿಯ ಉದ್ದದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ (ಅದೂ ಏಕಮುಖವಾಗಿ ಮಾತ್ರ) ಸಾಧ್ಯ.
ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಗಣೆಯೆಂದರೆ ಹೆದ್ದಾರಿ ಸಂಚಾರದಂತೆ
ಇನ್ನೊಬ್ಬ ಸಹಲೇಖಕ, ಐಐಟಿ-ಹೈದರಾಬಾದ್‌ ನ ಅರ್ಚಕ್ ಪುರ್ಕಾಯಸ್ಥ ವಿವರಿಸುತ್ತಾ, ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಗಣೆಯನ್ನ ಹೆದ್ದಾರಿಗಳಲ್ಲಿ ಕಾರ್ ಪ್ರಯಾಣಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸುತ್ತಾರೆ. ‘‘ಎಲ್ಲಾ ರಸ್ತೆಯೋಣಿಗಳಲ್ಲೂ (ಲೇನ್ಸ್‌ಗಳಲ್ಲೂ) ಹೆಚ್ಚು ಸಂಚಾರವಿದ್ದು ಸಂಚಾರ ದಟ್ಟಣೆಗಳುಂಟಾದಾಗ ಕಾರ್‌ಗೆ ಪ್ರಯಾಣ ದೊಡ್ದದಾದಷ್ಟು ವೇಗ ಕಮ್ಮಿಯಾಗುತ್ತೆ,’’ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ. ಇದು ಸಾಧಾರಣ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿನ ಸಂಗತಿ.
ಆದರೆ ಸಂಚಾರವೇ ಇಲ್ಲದಿದ್ದಾಗಲೂ ಕಾರಿನ ಉರುವಲು ಸೋರುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಮತ್ತೆ, ಪ್ರಯಾಣ ದೊಡ್ಡದ್ದಾದಷ್ಟು ನಿಧಾನವಾಗುತ್ತೆ. ‘‘ಈ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಸಂಚಾರದ ಅಡ್ಡಿ ಇಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ಓಡಿಸಿದಷ್ಟೂ ನಿಧಾನವಾಗಲು ಕಾರಣ ಕಾರಿನ ಕಸುವು ಮುಗಿದುಹೋಗುತ್ತಿರೋದು,’’ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ.
ಈ ತಂಡ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿರೋ ಪ್ರಸಂಗವನ್ನ ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಲ್ಲದ ಪ್ರಯಾಣಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಬಹುದು. ಹೀಗಿದ್ದಾಗ, ಸಂಚಾರದ ಅಡ್ಡಿಯಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ, ಉರುವಲು ಸೋರುತ್ತಿದ್ದರೂ, “ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಪ್ರಕಾರ ಹೆಚ್ಚು ದೂರದ ಪ್ರಯಾಣಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕಡಿಮೆ ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ!”
ಸಂಚಾರದ ಪ್ರಭಾವವನ್ನ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು, ತಂಡ, ತಂತಿಯಲ್ಲಿನ ಹರಳುಗಳ ಮೇಲೆ ಕಲ್ಮಶ ಹಾಗು ಬೇರೆ ಅಣುಗಳ ಪರಿಣಾಮವನ್ನ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದೆ.
ಕ್ವಾಂಟಂ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್ ಪ್ರಕಾರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅಲೆಯ ಅಂಶ ಇದ್ದರೂ ವೈಯಕ್ತಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಲೆಯ ಪ್ರಭಾವ ಒಂದು ಉದ್ದಳತೆಗಿಂತ ದೊಡ್ದ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಗಮನಿಸಿದಾಗ ಕಾಣಸಿಗೋದಿಲ್ಲ. ನಮ್ಮ ಸುತ್ತ ಕಾಣಸಿಗೋ ತಂತಿಗಳ ಉದ್ದ ಇದರ ಹೋಲಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ದದು.
ಮೇಲೆ ವರ್ಣಿಸಿದ ವಿಶೇಷವಾದ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಕುತೂಹಲಕಾರಿ ಪರಿಣಾಮಗಳು ಕಾಣಸಿಗೋದು ಸಾಧಾರಣಕ್ಕಿಂತ ಬಹಳ ಚಿಕ್ಕ ತಂತಿಗಳನ್ನ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದಾಗ ಎಂದು ಅರ್ಚಕ್ ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ. ಎಷ್ಟು ಚಿಕ್ಕವು ಅಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಲೆಯ ಪ್ರಭಾವ ಸಮಗ್ರ ತಂತಿಯ ಮೇಲೆ ಕಾಣಿಸುತ್ತೆ.
ಈ ವಿಶೇಷ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕೆಲವೇ ಕಸುವಿನ ಪ್ರಮಾಣಗಳನ್ನ ಹೊಂದಬಹುದು, ಇವಕ್ಕೆ ಹೆಸರು ‘ಎನರ್ಜಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಸ್’. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಈ ಎನರ್ಜಿ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಅಥವ ಕನಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟಗಳ ಹತ್ತಿರದ ಕಸುವಿನ ಪ್ರಮಾಣ ಹೊಂದಿದಾಗ ಮಾತ್ರ ಈ ‘ತಂತಿಯ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ತಡೆತ ಕುಗ್ಗುವ’ ವಿದ್ಯಮಾನ ಕಾಣಿಸೋದು.
ತಂಡದ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನ ‘ಫಿಜ಼ಿಕಲ್ ರಿವ್ಯೂ ಬಿ ಲೆಟರ್ಸ್’ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಾಶಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಇನ್ನೊಂದು ಕುತೂಹಲಕಾರಿ ಸಂಗತಿಯಂದರೆ, ಈ ತಂತಿಗಳ ಮೇಲೆ ಅದರ ಪರಿಸರದ ಪ್ರಭಾವವನ್ನ ಲೆಕ್ಕದಿಂದ ತೆಗೆದುಹಾಕಿದರೆ ಈ ವಿಶೇಷ ನಡುವಳಿಕೆಯೇ ಮಾಯವಾಗುತ್ತೆ.
ಈ ಕೌತುಕದ ಭವಿಷ್ಯ
ಅರ್ಚಕ್ ಹೇಳೋದು, “ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಾಗಣೆಯ ಈ ವಿಶೇಷ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನ ನಿಸ್ಸಂದೇಹವಾಗಿ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿ ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳಬೇಕಾಗಿದೆ. ಆದರೂ ಇಂತಹಾ ಹೊಸಾ ಹಾಗು ಅಸಹಜ ಎನಿಸುವಂತಾ ಪರಿಣಾಮ ಕಂಡುಬಂದದ್ದು ಮೂಲಭೂತ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನಿಟ್ಟಿನಿಂದ ಬಹಳ ಉತ್ಸಾಹದಾಯಕ ವಿಷಯ.”
ಈ ಕೆಲಸದ ಮಹತ್ವ “ನ್ಯಾನೋ ಅಳತೆಗಳಲ್ಲಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಅದರಿಂದ ದೊರೆಯೋ ಹೊಸ ಉಪಯೋಗಗಳಲ್ಲಿ,” ಬಳಕೆಯಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಇದೆಯಂದು ಅರ್ಚಕ್ ತಿಳಿಸಿದ್ದಾರೆ.
ಅನುವಾದ: ನರೇನ್ ಹೂವಿನಕಟ್ಟೆ, ವ್ಯಾಕ್ಯೂಮ್ ಆರ್ಕಿಟೆಕ್ಟ್, ಥರ್ಮೋಫ಼ಿಷರ್ ಸೈಂಟಿಫಿಕ್, ನೆದರಲ್ಯಾಂಡ್ಸ್.
Quite an interesting phenomenon indeed!