Explained : केमिस्ट्रीचा नोबेल मिळाला ते 'क्वांटम डॉट्स' नेमके काय आहेत? त्यांचा आपल्याला फायदा काय? वाचा सविस्तर

गेला आठवडाभर विविध क्षेत्रातील नोबेल पुरस्कार विजेत्यांची नावं जाहीर करण्यात आली. त्यात ४ ऑक्टोबरला मौंगी जी. बावेंडी, लुई ई. ब्रुस आणि अलेक्सी एकिमोव्ह या तीन ज्येष्ठ वैज्ञानिकांना यावर्षीचा रसायनशास्त्राचा नोबेल जाहीर करण्यात आला. 'क्वांटम डॉट्सचा शोध आणि संश्लेषण' याकरता हा पुरस्कार दिला गेला आहे असं कुठेतरी वाचलं.

अर्थात ते खरंच आहे पण केमिस्ट्रीची पदवीधर आणि शिक्षिका असूनही "संश्लेषण" ने माझीच विकेट काढली. त्यामुळे हे एवढं किचकट प्रकरण जर उद्या कुणी समजून घ्यायचं ठरवलं तर शीर्षकानंतर दोन ओळीतच त्यांना हे सोडून द्यायची इच्छा होऊ नये म्हणून थोड्याशा कमी किचकट प्रकारे मांडायचा एक प्रयत्न करतेय.

Quantum Dots ना मराठी नाव म्हणून अतिसूक्ष्म कण म्हणता आलं असतं. पण मग जर क्वांटम डॉट्सना अतिसूक्ष्म कण म्हटलं, तर मग नॅनो पार्टिकल्सना काय म्हणावं हा प्रश्न परत उरेलच! त्यामुळे ज्यांना शब्दशः भाषांतर आवडेल ते क्वांटम डॉट्सना 'पुंज कण' म्हणू शकतात. 'Quantum' म्हणजे अतिसूक्ष्म! जिथे आपल्या भोवतीच्या जगाचे सर्वसामान्य नियम लागू होत नाहीत असं जग! तुम्ही जर मार्व्हलचे फॅन असाल, तर 'क्वांटम रेल्म' तुम्हाला माहिती असेल.

क्वांटम जगात बदलतात नियम

समजा आपण थेंबभर पाणी घेतलं आणि बादलीभर पाणी घेतलं, आणि दोघांची तपासणी केली तर दोन्हीकडे त्याचा रंग, वास, चव, पारदर्शकता, उत्कलन बिंदू हे सारे गुणधर्म सारखेच आढळून येतील. कारण तो पाण्याचा थेंब आणि अख्ख्या बादलीतलं पाणी यांचं रासायनिक सूत्र एकच आहे ते म्हणजे H20. वस्तूचा आकार केवढाही असला तरी जोवर त्याचं आण्विक सूत्र एकच आहे तोवर त्याचे गुणधर्म बदलत नाहीत हा सभोवतालच्या जगाचा नियम आहे. पण जेव्हा आपण क्वांटम जगात पोहोचतो, तेव्हा मात्र हा नियम मागे पडतो.

क्वांटम म्हणजे किती लहान?

एक नॅनोमीटर म्हणजे एका मीटरचा एक अब्जावा भाग! एक मीटर अंतराचे एक अब्ज भाग केले की त्यातला एक भाग म्हणजे एक नॅनोमीटर! या अतिअतिसूक्ष्म पातळीवर जेव्हा पदार्थ अभ्यासले जातात तेव्हा गोष्टी फार बदलतात; भोवतीच्या जगात चकाकणारं पिवळं सोनं या क्वांटमच्या दुनियेत लाल, नारिंगी, जांभळा, निळा असे वेगवेगळे रंग दाखवतं. वीस नॅनोमीटरचा सोन्याचा कण लाल असतो तोच शंभरच्या आसपास निळा असतो. आकार बदलला, की गुणधर्म बदलतात!

कित्येक वर्षांपर्यंत वैज्ञानिकांमध्ये अशी मान्यता होती की एवढ्या सूक्ष्म पातळीवरील कण तयार करणं अशक्य असल्याने क्वांटमचं जग केवळ तर्क आणि अनुमानांचा भाग राहिल आणि वस्तुस्थितीत आणता येणार नाही. पण 1980-90 च्या दशकात या मान्यतेला दोन वैज्ञानिकांनी सुरुंग लावला! यातला एक शास्त्रज्ञ रशियात कॉपर क्लोराईडने रंगवलेल्या काचेवर काम करत होता तर दुसरा अमेरिकेत कॅडमियम सल्फाईड नावाच्या पदार्थाचं परिक्षण करत होता.

शीतयुद्धाच्या कृपेने दोघांनाही एकमेकांच्या अस्तित्वाची आणि एकमेकांच्या कामाची कल्पना नव्हती. पण तरीही या दोन वैज्ञानिकांनी दोन वेगवेगळ्या देशांत, दोन भिन्न प्रयोगशाळांमध्ये आणि दोन वेगवेगळ्या पदार्थांवर काम करत असताना या 'क्वांटम डॉट्स'चा शोध लावला; आणि सगळ्या जगाला एक असंभव संभव करुन दाखवलं. या दोन शास्त्रज्ञांची नावं होती एकिमोव्ह आणि ब्रुस! पुढे १९९३ मध्ये बावेंडी यांनी या क्वांटम डॉट्सना बनवण्याची सोपी पद्धत जगासमोर आणली आणि या नवीन शाखेचे दरवाजे जगासमोर खुले झाले!

आपल्याला काय फायदा?

गेली दोन दशकं या शाखेवर अविरत काम सुरू आहे. आत्ता तुम्ही ज्या स्क्रीन कडे पाहताय त्या स्क्रीनच्या निर्मितीमध्ये सुद्धा हे क्वांटम डॉट्स वापरले गेले आहेत. या कणांना उर्जा दिली की ते विविध रंगाचा प्रकाश बाहेर टाकतात. त्यांच्या या गुणधर्मामुळे त्यांचा वापर QLED डिस्प्ले बनवण्यासाठी तर करता येतोच, पण सोबतच आपल्या शरीरातील व्याधींचा शोध घेण्याऱ्या 'बायो इमेजिंग' सारख्या कामातही करता येतो.

आज पारंपरिक ऊर्जा स्त्रोत वेगाने संपत असताना सौरऊर्जा हा एक समर्थ पर्याय आहे. पण सोलार सेल व्यापत असलेली जागा आणि त्या जागेच्या तुलनेत त्यातून मिळणारी ऊर्जा हे गुणोत्तर मात्र आजही समाधानकारक नाही. अशावेळी सोलार सेल सारख्या अपारंपारिक ऊर्जा स्त्रोताला अधिकाधिक किफायतशीर बनवण्यासाठीही हे क्वांटम डॉट्स वापरता येणार आहेत. शरीराच्या सूक्ष्मातिसूक्ष्म भागापर्यंत पोहोचून तिथल्या व्याधींवर क्वांटम डॉट्स वापरुन उपचार करण्याच्या पद्धतींवर आजघडीला संशोधन सुरू आहे. वैद्यकीय क्षेत्रात काम करणाऱ्या संशोधकांना असा विश्वास आहे की या क्वांटम डॉट्सचा वापर करुन ट्युमर वर केली जाणारी शस्त्रक्रिया सुद्धा सुलभ होऊ शकते.

येत्या काळात मानवी जीवनाशी निगडित प्रत्येक क्षेत्रात या शून्य मितीय कणांचा प्रभाव दिसणार आहे. टीव्ही आणि फोन वापरत असलेल्या प्रत्येकाचं आयुष्य तर आत्ताही या संशोधनाने प्रभावित केलेलं आहे. उद्या कदाचित आपले प्राण वाचवण्याची कामगिरी सुद्धा हे संशोधन करणार आहे. मूर्ती (अति)लहान पण कीर्ती महान अशा या कणांच्या शोधाचा सन्मान यावर्षी नोबेलने केला आहे.

वीस वर्षांपूर्वीचं हे संशोधन आणि दोन देशांच्या वैज्ञानिकांना गौरवताना, विज्ञान हे देशाच्या आणि काळाच्या सीमांपलीकडे आहे हा संदेश पुन्हा एकदा अधोरेखित होतो आहे. आज जात, धर्म, प्रादेशिक अस्मिता अशा अनेक कारणांवरून माणसामाणसातली दरी रुंदावत असताना, आपलं विज्ञानाचं अधिष्ठान हा ही दरी सांधणारा आणि आपल्याला बांधणारा दुवा ठरो हीच सर्वांना सदिच्छा!

- मैत्रेयी बांदेकर

(लेखिका 'टोपीवाला ज्युनिअर कॉलेज, मालवण' येथे केमिस्ट्रीच्या शिक्षिका आहेत.)