– காளீஸ்வர்

நமது நவீன உலகின் அடித்தளமாக விளங்கும் மின்னணுவியல், ஒரே இரவில் தோன்றிய மாயாஜாலம் அல்ல. இது படிப்படியாக, பல கண்டுபிடிப்பாளர்களின் உழைப்பாலும், விடாமுயற்சியாலும் உருவான பிரம்மாண்ட அறிவியல் பயணம். எலெக்ட்ரான்கள் பற்றிய புரிதல் ஏற்பட்ட பின்னர்தான் ‘மின்னணுவியல்’ என்ற தனித் துறையே உருவானது.

 எலெக்ட்ரானின் பிறப்பு

மின்னணுவியலின் தொடக்க புள்ளியானது, ஜே.ஜே. தாம்சன் (J.J.Thomson) என்ற ஆங்கில இயற்பியலாளரின் ஒரு அற்புதமான கண்டுபிடிப்பில்தான் இருக்கிறது. 1897 ஆம் ஆண்டில், கேத்தோடு கதிர்க் குழாய்கள் (Cathode Ray Tubes- CRT), அதாவது ஆரம்பகால தொலைக்காட்சிப் பெட்டிகளில் பயன்படுத்தப்பட்ட தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி அவர் சில சோதனைகளை நடத்தினார். இதன் மூலம், அணுக்களுக்குள் எதிர்மின் சுமையுள்ள, மிகச் சிறிய துகள்கள் இருப்பதைக் கண்டறிந்தார். இவற்றுக்கு அவர் ‘எலெக்ட்ரான்கள்’ என்று பெயரிட்டார்.இந்த வார்த்தையானது கிரேக்க மொழி சொல்லான elecktron என்ற சொல்லிலிருந்து பெறப்பட்டது. இதன் அர்த்தம் மரப்பசை என்பதாகும் 

இந்தக் கண்டுபிடிப்பு பெரும் புரட்சியை ஏற்படுத்தியது . ஏனென்றால், அதுவரை அணுக்கள் பிரிக்க முடியாதவை என்றுதான் கருதப்பட்டது. ஆனால், தாம்சன், அணுக்களுக்கு உள்ளேயே மேலும் சிறிய துகள்கள் இருப்பதை நிரூபித்தார். எலெக்ட்ரான்களின் இருப்பு உறுதி செய்யப்பட்ட பின்னர்தான், நாம் மின்சாரத்தைப் பற்றி இன்னும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ள முடிந்தது. மின்சாரம் என்பது வெறும் ஆற்றல் ஓட்டம் மட்டுமல்ல; அது எலெக்ட்ரான்களின் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட இயக்கம் என்பதை பின்னாளில்  உணர்ந்தோம். இதுவே நவீன மின்னணுவியலின் முதல் படியாக அமைந்தது.

வெற்றிடக் குழாய்களின் சகாப்தம்

எலெக்ட்ரான்கள் கண்டறியப்பட்ட பிறகு, அவற்றை எப்படி கட்டுப்படுத்துவது? என்ற சவால் எழுந்தது. இந்தச் சவாலுக்கு முதல் தீர்வு தந்ததுதான் வெற்றிடக் குழாய்கள் (Vacuum tubes).   இவை மின்னணுவியலின் “முன்னோடிகள் “ என்று கூட சொல்லலாம்.

 டையோடு கண்டுபிடிப்பு (1904): டையோடு என்பது நேர் மற்றும் எதிர் மின் முனைகளை கொண்ட சிறிய மின்னணுவியல் சாதனம் ஆகும் . முதல் வெற்றிட குழாய்களை ஜான் அம்ப்ரோஸ் பிளெமிங் (John Ambrose Fleming) என்ற ஆங்கில இயற்பியல் அறிஞர், 1904- ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடித்தார். இது பிளெமிங் குழாய் (Flemings valve)என அறியப்பட்டது.இது ஒரு திசையில் மட்டுமே மின்சாரத்தை பாய அனுமதிக்கும் ஒருவழிக் கதவு போல செயல்பட்டது. இது ரேடியோ சிக்னல்களைத் திருத்த (Rectify) உதவியது.

டிரியோடு கண்டுபிடிப்பு (1906): இதைத் தொடர்ந்து, லீ டி ஃபாரஸ்ட் (Lee de forest) என்ற அமெரிக்கக் கண்டுபிடிப்பாளர் 1906 இல் டிரியோட் (Triode) என்ற வெற்றிடக் குழாயை கண்டுபிடித்தார். இது முக்கியமான மைல்கல். ஏனென்றால், டிரியோட் ஒரு பலவீனமான மின் சமிக்ஞையை அலையேற்றம் செய்யக்கூடிய  (Amplification) திறனையும், சிக்னல்களை கட்டுப்படுத்தக்கூடிய (Switching) திறனையும் கொண்டிருந்தது.மூன்று மின் முனைகளை கொண்டது ட்ரியோடு என அறியப்படுகிறது .

 இந்த டிரியோட்கள்தான் ஆரம்பகால ரேடியோக்கள், தொலைபேசி அமைப்புகள், தொலைக்காட்சிப் பெட்டிகள் மற்றும் முதல் தலைமுறை கணினிகளுக்கு அடிப்படையாக அமைந்தன. அவை இல்லாமல், இந்தச் சாதனங்களை உருவாக்குவது சாத்தியமே இல்லை. ஒரு சினிமா தியேட்டரில் ஒலி அளவை  கூட்டவும் குறைக்கவும், ரேடியோ நிலையங்களை மாற்றம் (Tunning)  செய்யவும், கணினிகளில் ‘பூஜ்ஜியம்’ மற்றும் ‘ஒன்று’ என்ற குறியீடுகளை உருவாக்கவும் இவை பயன்பட்டன. ஆனால், இவற்றில்  பெரிய குறைபாடு இருந்தது. இவை அளவில் பெரியதாகவும், அதிக மின்சாரத்தை செலவழிப்பவையாகவும், அதிக வெப்பத்தை வெளியிடுவதாகவும், உடையக் கூடியவையாகவும் இருந்தன. ஒரு கணினிக்கு ஆயிரக்கணக்கான வெற்றிடக் குழாய்கள் தேவைப்பட்டன, இதனால் அந்த கால கணினிகள் ஒரு முழு அறையை அடைத்து கொண்டது !

திரிதடையங்களின் வருகை

வெற்றிடக் குழாய்களின் குறைகளை நீக்க  ஒரு தீர்வு தேவைப்பட்டது. இந்தத் தேடலின் விளைவாகத்தான், ஜான் பர்டீன் (John bardeen), வால்டர் பிராட்டெய்ன் (Walter brattain) மற்றும் வில்லியம் ஷாக்லி (William shockley) ஆகியோர் 1947 இல் அமெரிக்காவின் பெல் ஆய்வகங்களில் வைத்து (Bell labs) திரிதடையத்தை (transistors) கண்டுபிடித்தனர்.இந்த கண்டுபிடிப்புக்காக மூவருக்கும் 1956 ஆண்டின் இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கபட்டது.இது குறைக்கடத்திகள் (Semi conductors)  என்ற புதிய வகை பொருட்களைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்ட ஒரு சிறிய சாதனம். குறைக்கடத்திகள் என்றால் ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்த மதிப்பு வரை மின்சாரத்தை கடத்தாது . சிலிக்கான் பொதுவான குறைக்கடத்தி ஆகும். இது 0.7 வோல்ட் மின்னழுத்தம் வழங்கப்படும் வரை மின்சாரத்தை கடத்தாது .

 திரிதடையங்களின் கண்டுபிடிப்பு மின்னணுவியலில் பெரும் புரட்சியை ஏற்படுத்தியது.இது வெற்றிடக் குழாய்களை விட அளவில் பல மடங்கு சிறியதாக இருந்ததோடு, விலை மலிவானது, நீண்ட காலம் உழைக்கக்கூடியது, குறைவான மின்சாரத்தை இயங்கும் தன்மை, மற்றும் மிகக் குறைந்த வெப்பத்தை மட்டுமே வெளியிட்டது. இதன் விளைவாக, மின்னணுச் சாதனங்கள் சிறியதாகவும், வேகமானதாகவும், மிகவும் நம்பகமானதாகவும் மாறத் தொடங்கின.இதுதான் நாம் இன்று பயன்படுத்தும் ஒவ்வொரு மின்னணு சாதனத்திற்கும் அடிப்படை என்று கூட குறிப்பிடலாம்.

 உள்ளார்ந்த சுற்றுகள் (ICs)

திரிதடையங்கள் சிறியதாகி விட்டன. ஆனாலும், பல திரிதடையங்களையும், பிற பாகங்களையும் இணைத்து ஒரு சுற்றை உருவாக்குவது இன்னும் ஒரு சவாலாகவே இருந்தது. இந்தச் சவாலுக்குத் தீர்வாக, இரண்டு கண்டுபிடிப்பாளர்கள் களமிறங்கினர்.

ஜாக் கில்பி (Jack kilby) 1958 இல் டெக்சாஸ் இன்ஸ்ட்ரூமென்ட்ஸ் (Texas instruments) நிறுவனத்தில் முதல் உள்ளார்ந்த சுற்றை (Integrated circuit – IC) உருவாக்கினார்.கிட்டத்தட்ட அதே காலகட்டத்தில், ராபர்ட் நோய்ச் (Robert Noyce) 1959 இல் ஃபேர்சைல்ட் செமிகண்டக்டர் (Fairchild semiconductor) நிறுவனத்தில் மற்றொரு மேம்பட்ட உள்ளார்ந்த சுற்றை கண்டறிந்தார்.உள்ளார்ந்த சுற்றுகள், ஒரே ஒரு சிறிய சிலிக்கான் சில்லின் (Silicon chip) மேல் பல ஆயிரம் திரிதடையங்கள், மின்தடைகள், மின்தேக்கிகள் போன்ற பாகங்களை ஒருங்கிணைத்து உருவாக்கப்பட்டுபவை . உதாரணத்திற்குச் சொல்லப்போனால், அரிசியில் பெயர் எழுதுவதை பார்த்திருப்பீர்கள். இது ஒரு துண்டு அரிசியில் ஒரு லைப்ரரி புத்தகங்களை அடக்குவது போன்றதாகும். இந்தச் சில்லுகள் மின்னணுச் சாதனங்களை மேலும் சிறியதாகவும், வேகமானதாகவும், மலிவானதாகவும், நம்பகத்தன்மை வாய்ந்ததாகவும் மாற்றியது . மொபைல் போன்கள், மடிக்கணினிகள்  என நாம் இன்று பயன்படுத்தும் ஒவ்வொரு சாதனத்தின் மூளையாகவும் இந்த உள்ளார்ந்த சுற்றுகள் செயல்படுகின்றன.

நுண் செயல்படுத்திகளின் எழுச்சி

உள்ளார்ந்த சுற்றுகள் மீது ஒரு முழுமையான கணினியின் மையச் செயலாக்க அலகை (Central processing unit- CPU)  அமைக்கும் வேலையை , இன்டெல் (Intel) நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த ஃபெடரிகோ ஃபேகின் (Federico faggin), டெட் ஹாப் (Ted hoff), ஸ்டான் மாசோர் (Stan mazor) மற்றும் ஷிமாசு (Shima Masatoshi) ஆகியோர் இணைந்து 1971 இல் இன்டெல் 4004 (Intel 4004) என்ற முதல் ஒற்றை சில்லு நுண் செயல்படுத்தியை (Single chip microprocesssor ) உருவாக்கினர்.  இந்த கண்டுபிடிப்பானது, விரல் நுனியில் ஒரு முழுமையான கணினியின் செயல்பாடுகளைச் செய்யும் திறனைக் கொண்டு வந்தது. இது தனிநபர் கணினி பயன்பாட்டில்  (Personal computer – PC) புரட்சியை ஏற்படுத்தியது . நமது மேஜை கணினிகள், மடிக்கணினிகள் ,அவ்வளவு  ஏன் ஸ்மார்ட்ஃபோன்கள் கூட, இந்த நுண் செயல்படுத்தியின்  மேம்பட்ட வடிவங்களைத் தான் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த தகவல்களின் மூலம் எலெக்ட்ரான்களை வெறும் மின்சார ஓட்டமாகப் பார்ப்பதில் இருந்து, அவற்றை மிக நுட்பமாகக் கட்டுப்படுத்தி, தகவல்களைச் செயலாக்கும் கருவிகளாக மாற்றுவது வரை மின்னணுவியல் எவ்வாறு வளர்ந்துள்ளது என்பதை உணர முடிகிறது . இந்த வளர்ச்சிதான் இன்று நாம் வாழும் டிஜிட்டல் உலகின் அடித்தளம் ஆகும். இந்த ஒவ்வொரு கண்டுபிடிப்பும் சேர்ந்துதான், மனிதனின் வாழ்க்கையை முழுமையாக மாற்றியமைத்து இருக்கிறது .