किसी सामग्री के परमाणुओं को गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर धकेलने वाला बल सतह पर सूक्ष्म पैटर्न के निरंतर खींचने से प्रदर्शित होता है। जब मोबाइल फोन जैसे उपकरण में माइक्रो सर्किट में महत्वपूर्ण तापमान अंतर होता है, तो परमाणु स्थानांतरित हो सकते हैं और अंततः खराब विद्युत कनेक्शन का कारण बन सकते हैं। वर्तमान में, इस सूक्ष्म पैमाने पर ट्रैकिंग, जिसे थर्मोमाइग्रेशन कहा जाता है, ने आंदोलन के प्रेरक कारक के रूप में एक प्रसार-प्रेरित बल दिखाया है। वैज्ञानिकों ने उथले अवसादों, या "बेसिनों" को देखा, जो एक चौकोर सिलिकॉन वेफर की सतह पर बनते थे जो एक तरफ गर्म होता था और दूसरी तरफ ठंडा होता था। जब वे घाटियों के पार चले गए तो उन्होंने तापमान अंतर के परिणामस्वरूप परमाणुओं को हिलते हुए देखा।
अन्य शोधकर्ता निकाले गए बल और प्रक्रिया के सामान्य लक्षण वर्णन की मदद से नैनोस्ट्रक्चर के विकास को विनियमित करने के लिए नई रणनीतियां विकसित कर सकते हैं।
दो स्थानों के बीच ढाल (तापमान का अंतर) इस बात को प्रभावित करता है कि थर्मोमाइग्रेशन एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में कितनी तेजी से चलता है। ऐक्स-मार्सिले यूनिवर्सिटी के लेरॉय के अनुसार, थर्मल ग्रेडिएंट्स से बचने के लिए इंजीनियर डिजाइनिंग में बहुत समय बिताते हैं। लेकिन लेरॉय का तर्क है कि इस आंदोलन को रेखांकित करने वाले मौलिक विचारों को बेहतर ढंग से नहीं समझा गया है। "हम आंदोलन को चलाने वाले बल का बहुत सटीक मूल्य प्राप्त करने के लिए प्रवासन को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए एक विधि का प्रस्ताव करते हैं।"
परमाणु गति को रिकॉर्ड करने के लिए, लेरॉय और उनके सहयोगियों ने एक सिलिकॉन वेफर से शुरुआत की जो 9 मिमी चौड़ा था और इसकी सतह बहुत सपाट, समान थी।
एक तरफ ऊष्मा स्रोत और दूसरी तरफ हीट सिंक लगाने से लगभग 100°C का तापमान अंतर उत्पन्न हुआ। टीम ने भविष्यवाणी की कि सिलिकॉन परमाणु इस ढाल के तहत सतह के गर्म से ठंडे हिस्सों की ओर बढ़ेंगे। हालाँकि, वास्तव में इस आंदोलन को देखना मुश्किल होगा। क्योंकि परमाणु बहुत तेजी से चलते हैं, लेरॉय बताते हैं, "हम सीधे परमाणु गति को नहीं माप सकते।"
इसके बजाय, वैज्ञानिकों ने एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके एक परमाणु की गहराई तक वेफर सतह के अवसादों की जांच की। वैज्ञानिकों ने लगभग 0,2 नैनोमीटर प्रति सेकंड (एनएम/एस) की गति से वेफर के गर्म किनारे की ओर, कई माइक्रोमीटर चौड़ी इन संरचनाओं के प्रवास को निर्धारित करने के लिए क्रमिक तस्वीरों का उपयोग किया।
शोधकर्ताओं ने बेसिन की गति को सिलिकॉन परमाणु प्रसार के कारण बताया है। 2-आयामी गैस की तरह, परमाणु बेसिन की गर्म दीवार से अलग हो जाते हैं और बेसिन के तल के चारों ओर अव्यवस्थित रूप से घूमना शुरू कर देते हैं। जब इन बिखरे हुए परमाणुओं में से एक बेसिन की ठंडी दीवार तक पहुंचता है, तो यह पुनः संयोजित हो सकता है। समग्र प्रक्रिया के परिणामस्वरूप बेसिन की दीवारें ऊष्मा स्रोत की दिशा में आगे बढ़ती हैं।
इस प्रसार मॉडल का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने लगभग 108 ईवी/एनएम के थर्मोमाइग्रेशन बल की गणना की, जो रासायनिक बंधन पैदा करने वाले बलों से लाखों गुना कम है। लेरॉय का सुझाव है कि माइक्रोसर्किट में मौजूद उच्च तापमान प्रवणता के कारण, यहां थर्मोमाइग्रेशन बल मजबूत होना चाहिए। हालाँकि, यह निर्धारित करने के लिए कि बल कितना मजबूत होगा, विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के साथ आगे के शोध की आवश्यकता होगी। इन प्रयोगों से पता चल सकता है कि टीम ने जिस प्रसार तंत्र की पहचान की है वह सामान्य रूप से थर्मोमाइग्रेशन की विशेषता है या नहीं।
जापानी भूतल वैज्ञानिक हिबिनो इस बात से आश्चर्यचकित थे कि डेटा में बेसिनों की गति इतनी स्पष्ट दिखाई देती है, यह देखते हुए कि परमाणु गति काफी जटिल है और बेसिनों के बीच तापमान का अंतर न्यूनतम (लगभग 0,04 डिग्री सेल्सियस) है। हिबिनो के अनुसार, अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए प्रयोगों ने लेखकों को चुनौतीपूर्ण प्रक्रियाओं से थर्मोमाइग्रेशन प्रभाव को सफलतापूर्वक निकालने की अनुमति दी है।
फ्रांसीसी संघनित पदार्थ सिद्धांतकार ओलिवियर पियरे-लुई के अनुसार, यह कार्य "सुंदर तकनीकी कौशल" और "प्रयोगात्मक माप प्रभावशाली हैं" प्रदर्शित करता है। फिर भी, उनका मानना है कि सैद्धांतिक मॉडल को बेहतर बनाने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है। उनके अनुसार, थर्मोमाइग्रेशन की बेहतर समझ के परिणामस्वरूप नैनोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए पूरी तरह से नए तरीके सामने आ सकते हैं जो सतह पर परमाणुओं को स्थानांतरित करने के लिए ताप प्रवणता का उपयोग करते हैं। पियरे-लुई कहते हैं, "उनके पेपर के लिए धन्यवाद, अब हमारे पास यह बताने के लिए संख्याएं हैं कि क्या संभव है और क्या नहीं।"
संसाधन: https://physics.aps.org/
📩 17/09/2023 19:03