ডিএনএ বিন্যাসে গ্রাফিন থেকে ট্রানজিস্টর

গ্রাফিন হচ্ছে এক পরমাণু পুরুত্বের মৌচাকাকৃতির কার্বন অণুর বিন্যাস। যদি আমরা ২০ থেকে ৫০ পরমাণু সমান প্রশস্থ ফিতা গঠন পারি তাহলে এটি সিলিকনের চেয়ে ভাল অর্ধপরিবাহী হতে পারে। এক্ষেত্রে কি ডিএনএ সহায়ক হিসেবে প্রযোজ্য? ডিএনএ জীবনের নীল নকশা। এটি কি নতুন প্রজন্মের কম্পিউটার চিপ তৈরির একটি মানদণ্ড হতে পারে যার ভিত্তি সিলিকনের পরিবর্তে গ্রাফিন নামক পরীক্ষামূলক উপাদান? নেচার কমিউনিকেশনসে সম্প্রতি এই সংক্রান্ত একটি প্রক্রিয়ার তথ্য প্রকাশ করেন রাসায়ন প্রকৌশলী অধ্যাপক ঝিন্যান বাও।
বাও এবং আরো দুই জন সহরচয়িতা - অ্যানাতলি সকোলভ ও ফুং লিং ইয়াপ এমন একটি সমস্যার সমাধানে আশাবাদী যার ওপর ইলেক্ট্রনিক্সের ভবিষ্যৎ নির্ভরশীল। ভোক্তারা বরাবরই সিলিকন চিপকে পূর্বের যেকোন অবস্থার চেয়ে চেয়ে আরো ক্ষুদ্র, দ্রুত এবং সস্তায় পেতে চান, কিন্তু প্রযুক্তিবিদরা আশঙ্কা করছেন এই সরল চক্র আকস্মিক ভাবে স্থগিত হয়ে যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে সিলিকন চিপের কার্যকারিতা কেন প্রযোজ্য? সবকিছু অর্ধপরিবাহী ধারণা থেকে শুরু হয়, এক ধরনের প্রবর্তন উপাদান যা বিদ্যুতের প্রবাহ সঞ্চালন বা বন্ধ নিয়ন্ত্রন করে থাকে। এই পর্যন্ত সিলিকন সবচেয়ে জনপ্রিয় অর্ধপরিবাহী হিসেবে ব্যাবহৃত হয়ে আসছে। ট্রানজিস্টার হচ্ছে একটি চিপের মৌলিক কর্মক্ষম একক। ট্রানজিস্টার কয়েকটি ক্ষুদ্র দ্বার যেগুলো বিদ্যুৎ চালু আর বন্ধ করে, এদের সৃষ্ট ০ এবং ১ সংখ্যা দ্বারা সফটওয়্যার চালান হয়। আরও শক্তিশালী চিপস তৈরির লক্ষে নকশাকারকরা একসঙ্গে দুটি কাজ করেছেন। তাঁরা ট্রানজিস্টারের আকার কমানোর সাথে সাথে সেই দ্বারগুলো আরো দ্রুত গতিতে খোলা ও বন্ধ করতে সক্ষম হয়েছেন।
এই প্রক্রিয়ার ফলাফল হিসেবে ক্রমাগত একটি হ্রাসপ্রাপ্ত স্থানে আরও বিদ্যুৎ কেন্দ্রীভূত করতে দৃষ্টিপাত করা হয়।। যদিও এটি আকারে ক্ষুদ্র, দ্রুত আর সুলভ মূল্যে উৎপাদিত হয়েছে, কিন্তু একটি নির্দিষ্ট পর্যায়ে তাপ আর অন্যান্য প্রতিবন্ধক এসে চিপের অভ্যন্তরীণ কাজে ব্যাঘাত সৃষ্টি করতে পারে। বাও এর মতে, ‘কম শক্তি ব্যাবহার করে দ্রুত কর্মক্ষমতার ট্রানজিস্টার নির্মাণে আমাদের একটি উপাদান প্রয়োজন।’ পরবর্তী প্রজন্মের অর্ধপরিবাহী পদার্থ হওয়ার জন্য গ্রাফিনের বস্তুগত এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য বিদ্যমান, এখন শুধু প্রয়োজন গবেষকদের বহুল উৎপাদনের একটি উপায় বের করা।
গ্রাফিন একটি একক স্তর বিশিষ্ট মৌচাক নকশায় সাজানো কার্বন পরমাণু। দৃশ্যত এটি দেখতে জালের অনুরূপ, বৈদ্যুতিকভাবে এই কার্বন পরমাণুর জাল একটি অত্যন্ত কার্যকর পরিবাহী। বাও এবং অন্যান্য গবেষকদের মতে, অনেকগুলো গ্রাফিনের ফিতা পাশাপাশি রাখলে একটি অর্ধপরিবাহী তৈরি করা সম্ভব। উপাদানের ক্ষুদ্র মাত্রা এবং অনুকূল বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যাবলীর ক্ষেত্রে গ্রাফিন ন্যানো ফিতাগুলো অল্প পরিমাণ শক্তিতে খুব দ্রুত বেগে কাজ করা চিপ গঠন করতে পারবে। প্রবন্ধের সহরচয়িতা সকোলভ এটাও স্বীকার করেন যে এক পরমাণু পুরু এবং ২০ থেকে ৫০ পরমাণু চওড়া কোন কিছু তৈরি করাটা বেশ চ্যালেঞ্জের। এই চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করতেই গবেষক দল ডিএনএ’র মতো বিন্যাস কৌশল অবলম্বন করতে চেয়েছেন। কারণ বাহ্যিকভাবে ডিএনএ লম্বা ও পাতলা এবং সাধারণভাবে গ্রাফিনের মতোই দৈর্ঘ্য, প্রস্থ ও উচ্চতার।
রাসায়নিকভাবে, ডিএনএ অণু গ্রাফিন তৈরির উপাদান কার্বন পরমাণুকেই ধারন করে। বাও এবং তার দল ডিএনএ-এর বাহ্যিক এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলোকে প্রধান কৌশল হিসেবে কাজে লাগিয়েছেন। গবেষকরা তাদের পরীক্ষার সহায়তার জন্য সিলিকনের একটি ক্ষুদ্র পাত্র ব্যাকটেরিয়া থেকে উদ্ভূত ডিএনএ দ্রবণে ডুবালেন এবং একটি চেনা কৌশল অবলম্বন করলেন তুলনামূলক সরলরেখায় ডিএনএ সরিয়ে নিতে। পরবর্তীতে তামা-লবণ দ্রবণে পাত্রটিকে রাখা হয় যা ডিএনএ’র ভিতর তামার আয়ন শোষিত হতে সাহায্য করে। এরপর কার্বন পরমাণু ধারণকারী মিথেন গ্যাসে পাত্রটিকে তপ্ত ও ধোওয়ানো হয়। এতে করে রাসায়নিক ক্রিয়ায় পুনরায় বিন্যাস প্রভাবিত হয়। তাপের ফলে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ডিএনএ এবং মিথেনের মধ্যে কিছু কার্বন পরমাণু মুক্ত হয়। এরা পরস্পর যুক্ত হয়ে স্থিতিশীল গ্রাফিন মৌচাক গঠন করে।
এই আবিস্কারের প্রথম অংশটি ডিএনএ থেকে কার্বনের ফিতা জড় করার সাথে সম্পৃক্ত। কিন্তু গবেষকরা এটিও দেখাতে চেয়েছিলেন যে কার্বন ফিতা বৈদ্যুতিক সঞ্চালনের কাজ করতেও সক্ষম। তাই তারা ফিতাগুলোর ওপরে ট্রানজিস্টার তৈরি করেন। সকলোভ বলেন, ‘আমরা প্রথম বারের মতো ডিএনএ থেকে সরু ফিতা এবং এর থেকে কর্মক্ষম ট্রানজিস্টার তৈরির পদ্ধতি প্রদর্শন করতে পেরেছি।’ সহরচয়িতা ইয়াপ এর মতে,”আমাদের নির্মাণশৈলীর পদ্ধতিটি উচ্চ মানদন্ডের, যা উচ্চ রেজ্যুলেশন এবং কম উৎপাদন খরচ নিশ্চিত করবে”। বিজ্ঞানীদের আশাবাদী এই কৌশলটি খুবই অনন্য হবে এবং বৈদ্যুতিক উপকরণগুলোর ওপর নিয়ন্ত্রণ বৃদ্ধির জন্য ডিএনএ’র বিন্যাস কৌশল ব্যবহার সুবিধা প্রদান করবে। একইসাথে উৎপাদনশিল্পে এই পদ্ধতি ব্যাপকভাবে গ্রহণযোগ্যতা লাভ করবে।

সম্পাদনা: ফিবা মণ্ডল
সূত্র: স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয় ওয়বসাইট
৩০ সেপ্টেম্বর, ২০১৩