பெங்களூரு, ஜூன் 22:
இந்தியாவில் மின்சார வாகனங்களின் பயன்பாடு வேகமாக உயர்ந்து வரும் நிலையில், அவற்றின் செயல்திறன், பாதுகாப்பு மற்றும் சார்ஜிங் வேகத்தை பல மடங்கு மேம்படுத்தக்கூடிய முக்கியமான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்தை இந்திய அறிவியல் நிறுவன (IISc) ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கியுள்ளனர். கேலியம் நைட்ரைட் (GaN) எனப்படும் மேம்பட்ட குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தில் நீண்டகாலமாக இருந்து வந்த முக்கிய குறைபாட்டை சரிசெய்துள்ள இந்த கண்டுபிடிப்பு, மின்சார வாகனங்கள் மட்டுமின்றி தரவு மையங்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி அமைப்புகள் மற்றும் எதிர்கால மின்னணு தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிக்கும் புதிய வாயில்களைத் திறக்கக்கூடும் என நிபுணர்கள் கருதுகின்றனர்.
மின்னணு உலகின் அடுத்த தலைமுறை பொருளாக மாறும் கேலியம் நைட்ரைட்
இன்றைய மின்னணு உலகின் அடித்தளமாக சிலிக்கான் செயல்பட்டு வருகிறது. கணினிகள் முதல் மொபைல் போன்கள், மின்சார வாகனங்கள் முதல் தொழிற்துறை கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் வரை பெரும்பாலான சாதனங்கள் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டர்களையே பயன்படுத்துகின்றன.
ஆனால் மின்னணு சாதனங்களின் திறன் மற்றும் வேகத்திற்கான தேவைகள் அதிகரித்து வரும் நிலையில், சிலிக்கானுக்கு மாற்றாக செயல்படக்கூடிய மேம்பட்ட பொருட்களை உலக விஞ்ஞானிகள் பல ஆண்டுகளாக ஆராய்ந்து வருகின்றனர். அந்த முயற்சிகளில் மிகவும் நம்பிக்கை அளித்த பொருளாக கேலியம் நைட்ரைட் உருவெடுத்துள்ளது.
சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது கேலியம் நைட்ரைட் அதிக மின்னழுத்தத்தை கையாளும் திறன் கொண்டது. அதே நேரத்தில் மிக வேகமாக மின்சாரத்தை மாற்றும் திறனும் இதற்கு உள்ளது. இதனால் ஆற்றல் இழப்பு குறைகிறது. குறிப்பாக வெப்பமாக வீணாகும் மின்சாரத்தின் அளவை கணிசமாகக் குறைக்க முடிகிறது.
இதன் காரணமாக கேலியம் நைட்ரைட் அடிப்படையிலான மின்னணு சாதனங்கள் குறைந்த அளவில் உருவாக்கப்படுவதோடு, அதிக செயல்திறனையும் வழங்குகின்றன.
கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பத்தை தடுத்த முக்கிய சவால்
பல நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பம் பரவலாக பயன்பாட்டுக்கு வராததற்கு ஒரு முக்கிய காரணம் இருந்தது. அது டிரான்சிஸ்டர்களில் பயன்படுத்தப்படும் ‘கேட்’ எனப்படும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புடன் தொடர்புடையது.
டிரான்சிஸ்டர் என்பது மின்சார ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்தும் ஒரு சிறிய மின்னணு சுவிட்ச் ஆகும். அதில் உள்ள கேட் பகுதி, மின்சாரம் எப்போது பாய வேண்டும், எப்போது நிறுத்தப்பட வேண்டும் என்பதை தீர்மானிக்கிறது.
தற்போதைய கேலியம் நைட்ரைட் டிரான்சிஸ்டர்களில் கேட் இயக்கப்படுவதற்கு தேவையான மின்னழுத்தம் மிகவும் குறைவாக இருந்தது. வெறும் 1.5 முதல் 2 வால்ட் அளவிலான மின்னழுத்தமே போதுமானதாக இருந்ததால், பெரிய மின்சார அமைப்புகளில் ஏற்படும் சிறிய மின்னழுத்த மாற்றங்கள்கூட சாதனத்தை தற்செயலாக இயக்கிவிடும் அபாயம் காணப்பட்டது.
அதோடு மின் கசிவு பிரச்சினையும் இருந்தது. சாதனம் அணைக்கப்பட்டிருந்தாலும் மிகச் சிறிய அளவில் மின்சாரம் தொடர்ந்து பாயும் நிலை காணப்பட்டது. இந்த கசிவு நீண்ட காலத்தில் சாதனங்களின் நம்பகத்தன்மையை பாதிக்கும் அபாயத்தை உருவாக்கியது.
இந்த பிரச்சினைகளால் மின்சார வாகனங்கள், தரவு மையங்கள் போன்ற உயர் நம்பகத்தன்மை தேவைப்படும் துறைகளில் கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பத்தை முழுமையாக பயன்படுத்துவதில் தயக்கம் நிலவியது.
இந்திய அறிவியல் நிறுவனத்தின் முக்கிய ஆராய்ச்சி
இந்த சிக்கல்களுக்கு தீர்வு காணும் நோக்கில் இந்திய அறிவியல் நிறுவனத்தின் மின்னணு அமைப்புகள் பொறியியல் துறையைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் மயங்க் ஸ்ரீவஸ்தவா தலைமையிலான ஆராய்ச்சிக் குழு விரிவான ஆய்வுகளை மேற்கொண்டது.
டிரான்சிஸ்டர்களுக்குள் ஏற்படும் நுண்ணிய மின் கசிவுகள் மற்றும் அவை சாதனங்களின் இயக்கத்தில் ஏற்படுத்தும் தாக்கங்களை ஆராய்ந்த போது, மின் கசிவுக்கும் கேட் செயல்பாட்டுக்கும் இடையே நேரடி தொடர்பு இருப்பதை ஆய்வாளர்கள் கண்டறிந்தனர்.
இந்த கண்டுபிடிப்பு இதற்கு முன்பு தெளிவாக அடையாளம் காணப்படாத ஒரு முக்கிய விஞ்ஞான விளக்கத்தை வழங்கியது. இந்த புரிதலின் அடிப்படையில் கேலியம் நைட்ரைட் டிரான்சிஸ்டர்களுக்கான புதிய கேட் வடிவமைப்பை ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கினர்.
புதிய கேட் வடிவமைப்பு எப்படி செயல்படுகிறது?
ஆய்வாளர்கள் p-GaN கட்டமைப்புடன் அலுமினியம்-டைட்டானியம் ஆக்சைடு அடுக்குகளை இணைத்து புதிய கேட் அமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர்.
இந்த புதிய தொழில்நுட்பம் மூலம் மின் கசிவு சுமார் 10,000 மடங்கு வரை குறைக்கப்பட்டுள்ளதாக தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது. அதே நேரத்தில் கேட் இயக்கப்பட வேண்டிய தொடக்க மின்னழுத்தம் 4 வால்ட்டுகளுக்கும் அதிகமாக உயர்த்தப்பட்டுள்ளது.
இதன் மூலம் சாதனம் தற்செயலாக செயல்படுவதற்கான அபாயம் பெருமளவில் குறைகிறது. மேலும் கேட் முறிவு மின்னழுத்தமும் சுமார் 15.5 வால்ட்டுகளாக உயர்த்தப்பட்டுள்ளதால், சாதனத்தின் வலிமை மற்றும் நீடித்த செயல்பாடு மேம்பட்டுள்ளது.
பேராசிரியர் மயங்க் ஸ்ரீவஸ்தவாவின் கூற்றுப்படி, இந்த முன்னேற்றம் கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பத்தை தொழில்துறை பயன்பாட்டிற்கு ஏற்ற நம்பகமான நிலையில் கொண்டு சென்றுள்ளது.
மின்சார வாகனங்களுக்கு கிடைக்கும் நன்மைகள்
மின்சார வாகனங்களில் பயன்படுத்தப்படும் சார்ஜர்கள், இன்வெர்ட்டர்கள், டிசி-டிசி மாற்றிகள் மற்றும் மோட்டார் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் அனைத்தும் மேம்பட்ட மின்னணு கூறுகளை சார்ந்துள்ளன.
இந்த புதிய கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படும்போது, ஆற்றல் இழப்பு குறைவதால் பேட்டரியின் செயல்திறன் அதிகரிக்கும். வெப்பமாக வீணாகும் ஆற்றல் குறைவதால் குளிரூட்டும் அமைப்புகளின் தேவையும் குறையும்.
வேலூர் தொழில்நுட்பக் கழகத்தின் மின்சார வாகன ஆராய்ச்சி மையத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் டாக்டர் ஃப்ளோரன்ஸ் ஞான பூவதி கூறுகையில், இந்த மேம்பாடு மின்சார வாகனங்களில் வேகமான சார்ஜிங், அதிக தூர பயணம் மற்றும் மேம்பட்ட பாதுகாப்பை வழங்கக்கூடும் என விளக்குகிறார்.
குறிப்பாக பேட்டரியில் இருந்து மோட்டாருக்கு செல்லும் ஆற்றல் இழப்புகள் குறைவதால், ஒரே சார்ஜில் அதிக தூரம் பயணிக்கக்கூடிய வாகனங்களை உருவாக்குவதற்கு இந்த தொழில்நுட்பம் உதவக்கூடும்.
தரவு மையங்களுக்கும் பெரிய பலன்
இன்றைய டிஜிட்டல் உலகில் தரவு மையங்கள் மிகப்பெரிய அளவில் மின்சாரத்தை பயன்படுத்துகின்றன. கிளவுட் சேவைகள், செயற்கை நுண்ணறிவு, ஆன்லைன் வங்கி சேவைகள், சமூக ஊடகங்கள் மற்றும் வீடியோ ஸ்ட்ரீமிங் போன்ற துறைகள் அனைத்தும் தரவு மையங்களை சார்ந்துள்ளன.
இந்த மையங்களில் ஏற்படும் சிறிய ஆற்றல் இழப்புகள்கூட ஆண்டுக்கு கோடிக்கணக்கான ரூபாய் செலவாக மாறுகின்றன. மேலும் அதிக வெப்பம் உருவாகுவதால் பெரும் குளிரூட்டும் அமைப்புகளும் தேவைப்படுகின்றன.
கேலியம் நைட்ரைட் அடிப்படையிலான புதிய மின்னணு கூறுகள் பரவலாக பயன்படுத்தப்பட்டால், மின் இழப்பு குறைவதோடு குளிரூட்டும் செலவுகளும் குறையும். இதன் மூலம் தரவு மையங்களின் மொத்த செயல்திறன் மேம்படும்.
கரிம உமிழ்வைக் குறைக்கும் வாய்ப்பு
ஆற்றல் திறன் அதிகரிப்பது பொருளாதார நன்மை மட்டுமல்ல; சுற்றுச்சூழலுக்கும் நேரடி பலன்களை வழங்குகிறது.
மின்சார இழப்பு குறைவதால் மின் உற்பத்தி தேவையும் குறையும். இதன் விளைவாக கார்பன் உமிழ்வு அளவும் குறைய வாய்ப்பு உள்ளது. குறிப்பாக ஆயிரக்கணக்கான தரவு மையங்கள் மற்றும் லட்சக்கணக்கான மின்சார வாகனங்களில் இந்த தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்பட்டால், அதன் சுற்றுச்சூழல் தாக்கம் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் இருக்கும் என்று நிபுணர்கள் மதிப்பிடுகின்றனர்.
இந்தியாவுக்கு உலகளாவிய வாய்ப்பு
கேலியம் நைட்ரைட் தொழில்நுட்பத்தில் இந்திய அறிவியல் நிறுவனம் உருவாக்கியுள்ள இந்த முன்னேற்றம், இந்தியாவின் குறைக்கடத்தி ஆராய்ச்சி திறனை உலக அளவில் வெளிப்படுத்தும் முக்கிய சாதனையாக பார்க்கப்படுகிறது.
அரசின் ஆதரவு, தொழில்துறை கூட்டாண்மை மற்றும் தொழில்நுட்ப உரிமம் வழங்கும் செயல்முறைகள் வெற்றிகரமாக முன்னேறினால், இந்த கண்டுபிடிப்பு விரைவில் வணிக பயன்பாட்டிற்கும் வரக்கூடும்.
மின்சார வாகனங்கள், தரவு மையங்கள் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி துறைகளில் இந்தியா அடுத்த தலைமுறை தொழில்நுட்ப மையமாக உருவெடுப்பதற்கும் இந்த ஆராய்ச்சி உதவக்கூடும்.
Short English Summary
Researchers at IISc Bengaluru have developed a breakthrough GaN transistor design that significantly reduces power leakage and improves reliability. The innovation could transform electric vehicles, data centers and energy-efficient electronics.
Short Tanglish Summary
IISc Bengaluru vinjanigal uruvaakkiya puthiya GaN technology, EV charging vegathaiyum battery efficiency-yaiyum adhigarikka uthavum. Idhu electric vehicle thuraiyil periya maatrathai erpaduthalaam.
