Wednesday, October 06, 2010

2010 இயல்பியல் நோபல் பரிசு (physics nobel) - கரியின் அடுக்குகள்-1

இந்த வருட இயல்பியல் நோபல் - கரியின் அடுக்குகள்

================================================







இந்த வருட இயல்பியல் நோபல் பரிசைப் பார்த்தவுடன் எனக்கு முதலில் நினைவுக்கு வந்தது என் சிறுவயது கிராம நினைவுகள்தான். எங்கள் ஊரில் காக்கைப்பொன் என்று அழைக்கப்படும் மைக்கா ஆங்காங்கே கிடைக்கும். கருப்பு நிறமாக கற்களுக்கு இடையில் பாளம் பாளமாக கிடைக்கும். சிறுவர்கள் நாங்கள் அதை வயல்வெளிகளில் தேடிச்சென்று தோண்டி எடுத்து விளையாடுவோம். காக்கைப் பொன்னின் முக்கிய பண்புகளில் ஒன்று அது பாளம் பாளமாக இருப்பது. படம் 1 ஐப் பாருங்கள். கட்டி போல இருந்தாலும் அதை நகத்தாலோ, குட்டி பிளேடாலோ மெல்லக் கீறினால் சன்னமான தகடுகளாக அதை உரிப்பதுபோல பிளந்து எடுத்து விடலாம். யார் மிகச்சன்னமான ஒரு காக்கைப்பொன் தகட்டை பிளப்பார்கள் என்பது எங்கள் அரை டிரவுசர் நண்பர்களுக்குள் அடிக்கடி நடக்கும் போட்டி. இந்தப் பிளப்பது (cleaving) என்பது மிக நுணுக்கமாக நடப்பது. அதாவது ஒரு உளியை வைத்து மரத்தைப் பிளப்பது போல அல்ல இது. இது அணுவளவில் நுணுக்கமானது. அதாவது பிளந்த பாளங்களின் இரு பரப்புகளும் ஒன்றுக்கொன்று சீரான அமைப்புடன் அணுவளவில் பிளக்குமுன் பொருந்தி இருந்தவை. இதைப்பற்றி பின்னால் விளக்கலாம்.
இயற்கையில் தனிமங்களும் தனிமங்களால் ஆன கூட்டுப்பொருள்களும் பலசமயம் ஒரு சீரான அணு அமைப்புடன் கட்டப்பட்டு இருக்கின்றன. இவற்றை படிகங்கள் (க்ரிஸ்டல், crystal) என அழைக்கிறோம். படிகங்கள் என்றால் அவற்றின் அணு அல்லது மூலக்கூறு அமைப்பு ஒரு சீரான முறையில் முப்பரிமாணத்தில் கட்டப்பட்டது என்று பொருள். உப்பு. சர்க்கரை போன்ற அன்றாடப் பொருள்களையும் படிகமாக்கலாம். வைரம், நீலம் போன்ற விலைஅதிகம் கொண்ட கற்களும் படிகங்கள்தான் . இவை இயற்கையாக கிடைக்கிறன. வேண்டுமானால் ஆய்வுக்கூடங்களிலும் செய்துகொள்ளலாம். அது தவிர சாதாரண அலுமினியம், செம்பு, முதல் தங்கம் போன்ற உலோகங்களையும் படிகமாக்கலாம். இவற்றில் கவனிக்க வேண்டிய விடயம் இவை அனைத்தும் முப்பரிமாண படிகங்களாகும். (சில படங்களைப் பாருங்கள்)



ஆனால் காக்கைப்பொன்போன்ற படிகங்கள் முப்பரிமாணமாகத் தோன்றினாலும் அவற்றின் அடுக்குகளுக்கு இடையேயான பிணைப்புகள் அவ்வளவு உறுதியானவை அல்ல. அதனால்தான் அவ்வடுக்குகளை எளிதில் தனித்தனியாக பிளந்து எடுத்துவிட முடிகிறது. ஒரு எடுத்துக்காட்டாக கூறவேண்டுமானால் (அடுப்புக்) கரியை கூறலாம். கரி என்பது முக்கியமாக இரு படிக வடிவங்களில் இயற்கையில் கிடைக்கிறது. ஒன்று வைரப் படிகங்களாக. வைரம் ஒரு கடினமான, உறுதியான (இவை இரண்டும் வேறுவேறு பண்புகள்) பொருள் என்பது நமக்குத் தெரியும். அது வெறும் கரிதான். அதேபோல் கரியின் இயற்கையான மற்றொரு வடிவம் கிராபைட் எனப்படுகிறது. இது ஒரு பாளங்களால் ஆன வடிவமாகும். அதாவது இரண்டு கரிப்பாளங்களுக்கு நடுவில் பிணைப்பு வலிமை இல்லை. நாம் பாளங்கள்,அடுக்குகள்,தளங்கள் என்று பலவகையிலும் குறிப்பிடுவது ஒரே பொருளில்தான். அடுக்கு என்பது சாதாரண வழக்குச் சொல் என்றும் பாளம் என்பதை லேயர் (layer ) எனும் ஆங்கிலச் சொல்லுக்கு இணையாகவும் தளம் என்பதை சர்பேஸ் எனும் கணித வழக்கிலும் (surface ) கூறலாம். அனைத்தும் அணு அடுக்குகளையே இக்கட்டுரையில் குறிக்கும் என்பதை நினைவில் கொள்வோம். தளம்,அடுக்கு,பாளம் என மாற்றி மாற்றி பாவித்தாலும் அவை குறிப்பது இனிமேல் கரிஅணுக்களால் ஆன ஒரு இருபரிமாண தளத்தையே.


கரியின் கிராபைட் படிக வடிவத்தைப்பற்றிப்பேசிக்கொண்டிருந்தோம். அது கரி அணுத் தளங்களால் ஆன ஒரு அமைப்பு. ஒருதளத்திற்க்கும் அடுத்த தளத்திற்கும் இடையில் வலிமையற்ற அணுப்பிணைப்பான வான்- டெர்- வால்ஸ் பிணைப்பு மட்டுமே உண்டு. அதனால் அடுக்கிவைக்கப்பட்ட சீட்டுக்கட்டை நகர்த்துவதுபோல ஒரு அடுக்கை இன்னொன்றின் மீது எந்த ஒரு எதிர்ப்பும் இல்லாமல் நகர்த்த முடியும். இதனால் இவ்வகையான கிராபைட் ஒரு திட உயவுப் பொருளாக பயன்படுத்தப் படுகிறது. எண்ணைக்கு பதிலாக பற்சக்கரங்கள், பேரிங்குகள் போன்றவற்றில் சில நேரங்களில் கிராபைட்டையும், மாலிப்டினம் டை சல்பைடு எனும் இன்னொரு அடுக்கு படிகத்தையும் பயன்படுத்தலாம்.

இவ் வருட நொபல் பரிசு இந்த கரிப்பாளமான கிராபைட்டின் ஒரு அடுக்கை தனியாக பிரித்தெடுத்து அதன் பண்புகளை பயின்றதற்காக வழங்கப்பட்டிருக்கிறது. ஆன்றே கைம், கொன்ஸ்டன்டின் நோவோசெலாஃப் என்ற இரு இயல்பியலாளர்கள் இப்பரிசைப் பெறுகிறார்கள். இருவரும் இஙிலாந்திலுள்ள மான்செஸ்டர் பல்கலையில் நடத்திய ஆய்வுகள் இதற்கு அடித்தளமாகின.



கரி கடந்த சில வருடங்களாகவே அறிவியலில் அதிகம் ஆய்வுநடத்தும் தனிமமாக மாறி உள்ளது. நானோ குழாய்களாகவும், உருளைகளாகவும், புல்லரீன் கோளங்களாகவும் பலவடிவங்களில் கரியின் நிலைத்தன்மை

கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்லது. ஆனால் இந்த ஒற்றை அணு தடிமனே கொண்ட ஒரு கரிப்பாளமாக தனியே பிரித்தெடுத்து அதன் பண்புகளைக்கற்று அதனை ஒரு நிலையான கரிவடிவமாக யாரும் ஆய்வு செய்யவில்லை. அப்படிச் செய்த கைம் மற்றும் கொன்ஸ்டண்டின் ஒரு முக்கியமான புள்ளிக்கு படிகங்களைப்பற்றிய அறிவை நகர்த்தி உள்ளனர். இந்த நிலையான கரி வடிவம் கிராபைட்டின் ஒரு அடுக்குத்தான் என்பதால் இதனை கிராபீன் என்று அழைக்கிறார்கள். கிராபீனின் மிக ஆச்சரியகரமான இயல்பியல் பண்புகளைப்பற்றி நாளை பார்ப்போம்.