ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌: 120 ವರ್ಷಗಳ ಇತಿಹಾಸ

ಆಗಸ್ಟ್ 7, 1897, ಕೆಂಬ್ರಿಡ್ಜ್, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಅಣು ವಿಜ್ಞಾನಗಳ ಇತಿಹಾಸದಲ್ಲಿಮಹತ್ತರ ದಿನ. ಜೆ.ಜೆ. ಥಾಮ್ಸನ್‌ರವರು ಮೊತ್ತ ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಈ ದಿನದಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನ ಆವಿಷ್ಕಾರದ (ಚಿತ್ರ-1) ಬಗ್ಗೆ ಫಿಲಾಸಫಿಕಲ್ ಮ್ಯಾಗಝೈನ್ (ಪುಟ 296-316)ರಲ್ಲಿ ದಾಖ ಲಿಸಿದರು. ಈ ಕಾರ್ಯಕ್ಕೆ ಅವರಿಗೆ 1906ರಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪುರಸ್ಕಾರ ದೊರೆಯಿತು. ತಮ್ಮ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಮೂಲಕ ಕಣವೊಂದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಂದರೆ 2,000 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿನ ಚೇಂಜ್ ಟು ಮಾಸ್ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದನ್ನು ಕಂಡು ಹಿಡಿದರು. ಅಂದರೆ ಈ ಕಣ ಕಡಿಮೆ ತೂಕ ವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು ಮತ್ತು ಅತ್ಯಧಿಕ ವಿದ್ಯುದಂಶ ವನ್ನು ಹೊಂದಿತ್ತು. ಆ ನಂತರ ಪ್ರೊಟಾನ್ ಮತ್ತು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗೆ ಇರುವ ತೂಕದಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೇ ಈ ಅನುಪಾತವೆಂದು ಕೂಡ ಅರಿತರು.

         ಚಿತ್ರ(1)

ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರದ ಮಹತ್ವವನ್ನು ಅರಿಯಲುನೀವು ನಿಮ್ಮ ಸುತ್ತಮುತ್ತ ಇರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಪರಿಕರಗಳನ್ನು ನೋಡಬೇಕು. ನಿಮಗರಿವಿಲ್ಲ ದೆಯೇ ಈ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಣಗಳು ನಿಮ್ಮಿಂದಾಗದ ವೇಗದಲ್ಲಿ, ಕೆಲಸಗಳನ್ನು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತಿದೆ. ವಿಜ್ಞಾನದ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳ ಉಪಯುಕ್ತತೆಯನ್ನು ಹಲವು ವಿಧಿ ವಿಧಾನ ಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಣಬಹುದು. ಆದರೆ, ಇಂದಿನ ಜೀವನ ದಲ್ಲಿ ಹಾಸುಹೊಕ್ಕಾಗಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪರಿಕರ ಗಳ ನಿಟ್ಟಿನಲ್ಲಿ, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಹೇಗೆ ವರ್ತಿಸು ತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರಿಯೋಣ.

         ಚಿತ್ರ(2)

ವೈಜ್ಞಾನಿಕವಾಗಿ ಮೂಲಧಾತುಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ರಚಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪರಮಾಣುವು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಈ ವೃತ್ತದ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿ ಪ್ರೊಟಾನ್ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿದ್ದು ಅವುಗಳ ಸುತ್ತಲೂ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಣಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪರಿಧಿ ಗಳಲ್ಲಿ ಸುತ್ತುತ್ತಿರುತ್ತವೆ. (ಚಿತ್ರ-2). ಪರಮಾಣು ವಿನ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ರೊಟಾನ್ ಮತ್ತು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಸಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಪ್ರೊಟಾನ್‌ಗಳು ಧನವಿದ್ಯುದಂಶವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದು, ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು, ಋಣ ವಿದ್ಯುದಂಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಅವುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಸಮವಾಗಿರುವ ಕಾರಣ ಒಂದು ಪರಮಾಣುವು ಯಾವುದೇ ವಿದ್ಯುದಂಶ ವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಇದಕ್ಕೆ ಇನ್ನೊಂದು ಕಾರಣವಿದೆ. ಅದೇನೆಂದರೆ, ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಯಾವುದೇ ವಿದ್ಯುದಂಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವು ದಿಲ್ಲ. ಪರಮಾಣು ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಇನ್ನೊಂದು ಅಂಶವೇನೆಂದರೆ, ಇಲ್ಲಿಯವರೆಗೂ ಕಂಡು ಹಿಡಿದಿರುವ 118 ಮೂಲಧಾತುಗಳಲ್ಲಿ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ (ಪ್ರೊಟಾನ್)ಸಂಖ್ಯೆ 1 ರಿಂದ 118ರವರೆಗಿದೆ. ಈ ಮೂಲಧಾತುಗಳನ್ನು ಒಂದು ವಿಭಿನ್ನ ಅಂಶ ವೊಂದನ್ನು ಮೂಲವಾಗಿಟ್ಟುಕೊಂಡು, ಕಾಲಾನುಗತಿಯಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸ ಲಾಗಿದೆ. ಅದೇನೆಂದರೆ, ಪರಮಾ ಣುವಿನ ಹೊರ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿರುವ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ 1 ಆಗಿದ್ದರೆ, ಅದನ್ನು 1ನೆ ಗುಂಪೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹಾಗೆಯೇ 8 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಗುಂಪು ಒಂದು ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿರಬಹುದು. 1 ರಿಂದ 18ನೆ ಗುಂಪುಗಳಲ್ಲಿ 118 ಮೂಲಧಾತುಗಳನ್ನು ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಗುಂಪಿಗೂ ವಿಭಿನ್ನ ರೀತಿಯ ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಗಳಿವೆ. ಆಸಕ್ತಿಯಿದ್ದವರು ಇದನ್ನು ಅಭ್ಯಸಿಸಬಹುದು.

                      ಚಿತ್ರ(3)

ಈಗ 14ನೆ ಗುಂಪಿನ ಮೂಲಧಾತು ಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸೋಣ, ಈ ಗುಂಪಿನ ಮೂಲಧಾತುಗಳಲ್ಲಿ ಹೊರ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿ 4 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಹೊರ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿ 1 ರಿಂದ 3 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿದ್ದರೆ ಅವುಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಸಕ್ರಿಯವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಹನೆಯಲ್ಲಿ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಕ್ರಮ ಬದ್ಧವಾಗಿ ಈ ಮೂಲಧಾತುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆಯುತ್ತವೆ. ಅದೇ 5 ರಿಂದ 8 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಹೊರ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿರುವ ಮೂಲಧಾತುಗಳು ಕಡಿಮೆ ಸಕ್ರಿಯವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಮೊದಲನೆ ಗುಂಪನ್ನು ಲೋಹಗಳೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತಾರೆ. ಎರಡನೆ ಗುಂಪನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ನಿರೋಧಕ ಗಳೆಂದು ಗುರುತಿಸಬಹುದು. ಆದರೆ, ಹೊರಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿ 4 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿದ್ದರೆ ಅವುಗಳನ್ನು ಅರೆವಾಹಕಗಳೆಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

                         ಚಿತ್ರ(4)

ಈ ಹಿಂದೆ ಹೇಳಿದ 14ನೆ ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ಮತ್ತು ಜರ್ಮೇನಿಯಮ್ (Ge) ಎಂಬ ಮೂಲಧಾತುಗಳಿವೆ. ಇವೆರೆಡೂ ಮೂಲಧಾತುವಿನ ವಿಶಿಷ್ಟ ಗುಣವೇನೆಂದರೆ, ಕಡಿಮೆ ಅಂದರೆ (00  K)ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಇವು ವಿದ್ಯುತ್ ನಿರೋಧಕಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಲ್ಲಿ (3,000 K) ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕ ಗಳಾಗುತ್ತವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಮುಖ್ಯ ಕಾರಣ ಅವುಗಳ ಅಣು ರಚನೆ. ಎರಡೂ ಪರಮಾಣುಗಳು ತಮ್ಮ 4 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳಿಂದ ಹಂಚಿಕೊಂಡು 8 ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹೊರ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿಟ್ಟುಕೊಂಡು ವಿದ್ಯುತ್ ನಿರೋಧಕಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳು ಕಳಚಿ ಒಂದು ಅಥವಾ ಎರಡು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹನೆಯಲ್ಲಿ ಸಕ್ರಿಯವಾಗುತ್ತವೆ.

ಈ ಅರೆವಾಹಕಗಳೇ ಇಂದಿನ ಸಾಮಾಜಿಕ ಜೀವನವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುತ್ತಿವೆ. ಇದರ ಬಗ್ಗೆ ಮುಂದಿನ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ ಅರಿಯೋಣ.