Wednesday, October 10, 2007

ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പം കുറയ്‌ക്കാന്‍ മാര്‍ഗ്ഗം

കണ്ടെത്തിയവര്‍ക്ക്‌ ഭൗതീകശാസ്‌ത്ര നോബല്‍

'ഭീമന്‍ കാന്തികപ്രതിരോധ'മെന്ന പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തുക വഴി ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളില്‍ നിന്ന്‌ ഡേറ്റ വീണ്ടെടുക്കാന്‍ നൂതനമാര്‍ഗം തുറന്ന, ഫ്രഞ്ച്‌ ഗവേഷകന്‍ ആല്‍ബര്‍ട്ട്‌ ഫെര്‍ട്ടും ജര്‍മന്‍കാരന്‍ പീറ്റര്‍ ഗ്രുന്‍ബെര്‍ഗും 2007-ലെ ഭൗതികശാസ്‌ത്ര നോബല്‍ സമ്മാനം പങ്കിട്ടു. കമ്പ്യൂട്ടര്‍ ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പം അസാധാരണമാംവിധം കുറയ്‌ക്കാന്‍ വഴിവെച്ച ആ കണ്ടുപിടിത്തം, ഇപ്പോള്‍ 'സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സ്‌' എന്ന പുത്തന്‍ ഇലക്ട്രോണിക്‌സ്‌ ശാഖയ്‌ക്കു തന്നെ പിറവി നല്‍കിയിരിക്കുന്നു.

ലക്ട്രോണിക്‌ ഉപകരണങ്ങളുടെയും കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെയും വലിപ്പം ഓരോ ദിവസം കഴിയുംതോറും കുറയുകയാണ്‌. മേശപ്പുറത്തു വ്യാപിച്ചു കിടന്ന കമ്പ്യൂട്ടറുകള്‍ ഇപ്പോള്‍ ലാപ്‌ടോപ്പുകള്‍ക്കും പാംടോപ്പുകള്‍ക്കും വഴിമാറിയിരിക്കുന്നു. എടുത്താല്‍ പൊന്താത്ത വലിപ്പമുണ്ടായിരുന്ന മ്യൂസിക്‌ സിസ്റ്റങ്ങള്‍ അവിശ്വസനിയമാംവിധം ചെറുതായിരിക്കുന്നു. നൂറുകണക്കിന്‌ സി.ഡി.കളില്‍ കൊള്ളുന്ന മ്യൂസിക്‌ ഫയലുകള്‍ പോക്കറ്റിലൊതുങ്ങുന്ന മ്യൂസിക്‌ പ്ലേയറുകളില്‍ സംഭരിക്കാം. വിവരസംഭരണത്തിന്‌ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പത്തിലുണ്ടായ കുറവാണ്‌ ഇതെല്ലാം സാധ്യമാക്കുന്നത്‌.

വ്യത്യസ്‌ത കാന്തികമേഖലകളായാണ്‌ ഹാര്‍ഡ്‌ ഡിസ്‌കുകളില്‍ ഡേറ്റാ സംഭരണം നടക്കുന്നത്‌. ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകള്‍ സ്‌കാന്‍ ചെയ്‌ത്‌ വ്യത്യസ്‌ത കാന്തികമേഖലകള്‍ തിരിച്ചറിഞ്ഞ്‌, ഡേറ്റാ വീണ്ടെടുക്കാന്‍ 'റീഡ്‌-ഔട്ട്‌ ഹെഡുകളാ'ണ്‌ സഹായിക്കുന്നത്‌. ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പം കുറയുമ്പോള്‍ അതിനനുസരിച്ച്‌ അവയിലെ കാന്തികമേഖലകളുടെ വിസ്‌താരം ചുരുങ്ങും. ഓരോ ബിറ്റ്‌ ഡേറ്റായ്‌ക്കും പകരം നില്‍ക്കേണ്ട കാന്തികമണ്ഡലങ്ങള്‍ ദുര്‍ബലമാകുമെന്ന്‌ ചുരുക്കം. അതിനനുസരിച്ച്‌ പ്രവര്‍ത്തനക്ഷമതയേറിയ ഹെഡുകള്‍ ഉണ്ടെങ്കിലേ ഡേറ്റാ വീണ്ടെടുക്കല്‍ സാധ്യമാകൂ.

ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളിലെ ഹെഡുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനക്ഷമതയില്‍ ഒരു കുതിച്ചുചാട്ടം തന്നെ തൊണ്ണൂറുകളിലുണ്ടായി. അതിനനുസരിച്ച്‌ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പം കുറയ്‌ക്കാനും കഴിഞ്ഞു. അതിന്‌ വഴിതെളിച്ചത്‌ പീറ്റര്‍ ഗ്രുന്‍ബെര്‍ഗും, ആല്‍ബര്‍ട്ട്‌ ഫെര്‍ട്ടും 1988-ല്‍ കണ്ടുപിടിച്ച ഒരു പ്രതിഭാസമാണ്‌. 'ഭീമന്‍ കാന്തികപ്രതിരോധം' (Giant Magnetoresistance) അഥവ 'ജി.എം.ആര്‍' എന്നറിയപ്പെടുന്ന ആ പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തിയതിനാണ്‌ ഇരുവര്‍ക്കും ഈ വര്‍ഷത്തെ ഭൗതീകശാസ്‌ത്രത്തിനുള്ള നോബല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്‌. പുരസ്‌കാരത്തുകയായ 15.3 ലക്ഷം ഡോളര്‍ (6.12 കോടി രൂപ) ഇരുവര്‍ക്കും തുല്യമായി വീതിച്ചു നല്‍കും.

കാന്തികപ്രതിരോധം എന്നത്‌ പുതിയ കാര്യമല്ല. ഒരു കാന്തിക ചാലകത്തില്‍ കാന്തികബലരേഖകളുടെ അതേ ദിശയില്‍ മറ്റൊരു കാന്തികമണ്ഡലം പ്രയോഗിക്കുമ്പോള്‍ പ്രതിരോധം കുറയുന്നതായും, കുറുകെ പ്രയോഗിക്കുമ്പോള്‍ പ്രതിരോധം വര്‍ധിക്കുന്നതായും പ്രശസ്‌ത ബ്രിട്ടീഷ്‌ ശാസ്‌ത്രജ്ഞന്‍ കെല്‍വിന്‍ പ്രഭു 1857-ല്‍ തന്നെ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. ഇത്‌ സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങളില്‍ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന പ്രതിഭാസമാണ്‌. എന്നാല്‍, ജി.എം.ആര്‍. പ്രതിഭാസം നാനോ തലത്തിലേ പ്രാവര്‍ത്തികമാകൂ. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ക്വാണ്ടംമെക്കാനിക്കല്‍ ഗുണമായ 'സ്‌പിന്‍' (spin) ഈ പ്രതിഭാസത്തില്‍ സുപ്രധാന പങ്കുവഹിക്കുന്നു. അതിനാല്‍, നാനോടെക്‌നോളജിക്ക്‌ ആദ്യമായി ഒരു പ്രായോഗിക ഉപയോഗം കൈവന്നത്‌ ഈ പ്രതിഭാസത്തിലൂടെയാണെന്ന്‌ നോബല്‍ കമ്മറ്റി വിലയിരുത്തുന്നു.

ഇരുമ്പിന്റെയും ക്രോമിയത്തിന്റെയും ഒട്ടേറെ നാനോപാളികള്‍ അടുക്കിവെച്ചു നടത്തിയ പഠനങ്ങളിലാണ്‌ ആല്‍ബര്‍ട്ട്‌ ഫെര്‍ട്ട്‌ ഈ പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തിയത്‌. എന്നാല്‍, പീറ്റര്‍ ഗ്രുന്‍ബര്‍ഗിന്റെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള സംഘം കുറെക്കൂടി ലളിതമായ രീതിയില്‍ ഇത്‌ സാധ്യമാക്കി. ഇത്തരം നാനോപാളികള്‍ സൃഷ്ടിക്കുക പക്ഷേ, വലിയ ചെലവേറിയതും ശ്രമകരവുമായ പ്രക്രിയായിരുന്നു. അതിനാല്‍, ജി.എം.ആര്‍.പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തി വര്‍ഷങ്ങള്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടും അത്‌ വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തില്‍ ഉപയോഗിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞില്ല. ലളിതമായ സങ്കേതത്തിലൂടെ ഇതേ പ്രതിഭാസം സൃഷ്ടിക്കാമെന്ന്‌ ബ്രിട്ടീഷ്‌ വംശജനായ അമേരിക്കക്കാരന്‍ സ്റ്റുവര്‍ട്ട്‌ പാര്‍ക്കിന്‍ കണ്ടെത്തിയതോടെ കാര്യങ്ങള്‍ മാറി. ജി.എം.ആര്‍. അനുസരിച്ചു പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ആദ്യ ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌ക്‌ ഹെഡ്‌ 1997-ല്‍ നിര്‍മിച്ചു.

സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സ്‌

ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളില്‍ അമര്‍ത്തിയൊതുക്കി വെച്ചിരിക്കുന്ന ഡേറ്റാ വീണ്ടെടുക്കുന്നതോടെ ജി.എം.ആര്‍.പ്രതിഭാസത്തിന്റെ സാധ്യതകള്‍ അവസാനിക്കുന്നില്ല. 'സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സ്‌'(spintronics) എന്നൊരു പുത്തന്‍ ഇലക്ട്രോണിക്‌സ്‌ ശാഖ തന്നെ പിറവിയെടുക്കാന്‍ ഈ പ്രതിഭാസം കാരണമായി. പരമ്പരാഗത ഇലക്ട്രോണിക്‌സില്‍ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനമാണ്‌ പ്രധാനമെങ്കില്‍, സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സില്‍ ഇലക്ട്രോണിന്റെ സ്‌പിന്നും പ്രധാനമാണ്‌. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്‌പിന്നിന്റെ ദിശ നിലനിര്‍ത്താന്‍ സാധിക്കുന്നത്‌ അതിസൂക്ഷ്‌മമായ നാനോ അകലങ്ങളില്‍ മാത്രമാണ്‌. നാനോടെക്‌നോളജി നല്‍കുന്ന മാനങ്ങളാണ്‌ സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സ്‌ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നത്‌.


ക്വാണ്ടം ഭൗതീകത്തിലെ 'ടണലിങ്‌' എന്ന പ്രതിഭാസത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ, ജി.എം.ആറിന്‌ തുടര്‍ച്ചായായി 'ടണലിങ്‌ കാന്തികപ്രതിരോധം' (Tunnelling Magnetoresistance) അഥവാ ടി.എം.ആര്‍. എന്ന സങ്കേതം ഇപ്പോള്‍ പ്രചാരത്തിലായിക്കഴിഞ്ഞു. കൂടുതല്‍ ദുര്‍ബലമായ കാന്തികമണ്ഡലങ്ങളിലെ ഡേറ്റ വീണ്ടെടുക്കാന്‍ കഴിയുന്ന ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌ക്‌ ഹെഡുകള്‍ അതുവഴിയുണ്ടാക്കാന്‍ കഴിയുന്നു. പുതിയ തലമുറയില്‍പെട്ട 'റീഡ്‌-ഔട്ട്‌ ഹെഡു'കള്‍ ഈ സങ്കേതം പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നവയാണ്‌.

കമ്പ്യൂട്ടറുകളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന 'റാന്‍ഡം ആക്‌സിസ്‌ മെമ്മറി' (RAM)ക്ക്‌ പകരം, സ്ഥിരമായി നിലനില്‍ക്കുന്ന കാന്തിക മെമ്മറി (MRAM) ആണ്‌ സ്‌പിന്‍ട്രോണിക്‌സിന്റേതായി രൂപപ്പെട്ടു തുടങ്ങിയിട്ടുള്ള മറ്റൊരു സാധ്യത. സേവ്‌ ചെയ്യാതെ തന്നെ ഡേറ്റ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ ഓര്‍ത്തിരിക്കുന്ന സംവിധാനമാണിത്‌. വൈദ്യുതി നിലച്ചാലും കമ്പ്യൂട്ടറില്‍ നിന്ന്‌ ഡേറ്റ നഷ്ടമാകില്ല എന്നതാണ്‌ ഈ മെമ്മറിയുടെ പ്രത്യേകത.

എന്നുവെച്ചാല്‍, ജി.എം.ആറിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തത്തോടെ പുതിയൊരു സാങ്കേതിക ഭൂമിക തന്നെ തുറന്നു കിട്ടിയിരിക്കുന്നു എന്നുസാരം; ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചാര്‍ജ്‌ പോലതന്നെ സ്‌പിന്നും പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്ന ഒന്നാണത്‌. അടിസ്ഥാനശാസ്‌ത്രവും പുത്തന്‍സാങ്കേതികവിദ്യകളും എത്രമാത്രം പരസ്‌പരപൂരകമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു എന്നതിന്‌ ഉദാഹരണം കൂടിയാണ്‌ ജി.എം.ആറിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തവും പ്രയോഗങ്ങളും.

ആല്‍ബെര്‍ട്ട്‌ ഫെര്‍ട്ട്‌: ഫ്രാന്‍സിലെ കാര്‍ക്കസോണില്‍ 1938-ന്‌ ജനിച്ചു. ഒര്‍സേയിലെ പാരീസ്‌-സഡ്‌ സര്‍വകലാശാലിയില്‍ നിന്ന്‌ 1970-ല്‍ ഗവേഷണ ബിരുദം നേടി. 1976 മുതല്‍ അവിടെ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന അദ്ദേഹം ആ സര്‍വകലാശാലയില്‍ പ്രൊഫസറാണ്‌. 1995 മുതല്‍ സി.എന്‍.ആര്‍.എസ്‌-തെയ്‌ല്‍ ജോയന്റ്‌ ഫിസിക്‌സിന്റെ മേധാവി.

പീറ്റര്‍ ഗ്രുന്‍ബര്‍ഗ്‌: ഇപ്പോള്‍ ചെക്ക്‌ റിപ്പബ്ലിക്കില്‍ പെടുന്ന പില്‍സെന്‍ നഗരത്തില്‍ 1939-ല്‍ ജനിച്ചു. ജര്‍മനിയിലെ ഡാംസ്റ്റഡ്‌ സാങ്കേതികവിദ്യാ സര്‍വകലാശാലയില്‍ നിന്ന്‌ 1969-ല്‍ ഗവേഷണ ബിരുദം നേടി. 1972 മുതല്‍ 32 വര്‍ഷം യൂലിച്ചിലെ ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട്‌ ഓഫ്‌ സോളിഡ്‌ സ്‌റ്റേറ്റ്‌ റിസര്‍ച്ചില്‍ ഗവേഷണ വിഭാഗം മേധാവിയായിരുന്നു. (അവലംബം: നോബല്‍ കമ്മറ്റിയുടെ വാര്‍ത്താക്കുറിപ്പ്‌)

9 comments:

JA said...

കമ്പ്യൂട്ടര്‍ ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളിലെ ഹെഡുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനക്ഷമതയില്‍ ഒരു കുതിച്ചുചാട്ടം തന്നെ തൊണ്ണൂറുകളിലുണ്ടായി. അതിനനുസരിച്ച്‌ ഹാര്‍ഡ്‌ഡിസ്‌കുകളുടെ വലിപ്പം കുറയ്‌ക്കാനായി. അതിന്‌ വഴിതെളിച്ചത്‌ പീറ്റര്‍ ഗ്രുന്‍ബെര്‍ഗും, ആല്‍ബര്‍ട്ട്‌ ഫെര്‍ട്ടും 1988-ല്‍ കണ്ടുപിടിച്ച ഒരു പ്രതിഭാസമാണ്‌. 'ഭീമന്‍ കാന്തികപ്രതിരോധം' അഥവാ 'ജി.എം.ആര്‍' എന്നറിയപ്പെടുന്ന ആ പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തിയതിനാണ്‌ ഇരുവര്‍ക്കും ഈ വര്‍ഷത്തെ ഭൗതീകശാസ്‌ത്രത്തിനുള്ള നോബല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്‌.

മുരളി വാളൂര്‍ said...

പുതിയ അറിവുകള്‍ തരുന്ന ഇത്തരം ശാസ്ത്രപോസ്റ്റുകള്‍ ഇനിയും പ്രതീക്ഷിക്കാമല്ലോ അല്ലേ....

മെലോഡിയസ് said...

സമ്മാന ജേതാക്കള്‍ക്ക് അഭിനന്ദനങ്ങള്‍ ..

പുതിയ വിവരങ്ങള്‍ പകര്‍ന്ന് നല്‍കിയതിനു നന്ദി.

ചിന്താവിഷ്ടന്‍ said...

ഉപകാര പ്രദമായ ഒരു article.

ഇനിയും ഇതു പോലെ പലതും പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു

Sumesh Chandran said...

amazing!

thanks...:)

v k adarsh said...

i am taking a print out for displaying this to my students. very informative. really appreciating you sir.

കുറുമാന്‍ said...

വിഞ്ജാനപ്രദമായ ഈ പോസ്റ്റിനു നന്ദി.

ശ്രീ said...

നല്ല ലേഖനം തന്നെ. ആശംസകള്‍‌!

Mohamed said...

The pitiable part is that our students are not aware of the latest developments. Such articles will help them a lot. Congratulations. Keep it up