একটি উপাদান এত প্রচুর এবং বহুমুখী যে এটি আমাদের আধুনিক বিশ্বের মৌলিক হয়ে উঠেছে। এই উপাদানটি হল সিলিকন, একটি অর্ধপরিবাহী যা আমরা আজ ব্যবহার করি প্রতিটি ইলেকট্রনিক ডিভাইসের কেন্দ্রস্থলে থাকে।
সিলিকন হল একটি রাসায়নিক উপাদান যার প্রতীক Si এবং পারমাণবিক সংখ্যা 14। এটি একটি নীল-ধূসর ধাতব দীপ্তি সহ একটি শক্ত, স্ফটিক কঠিন, এবং এটি একটি টেট্রাভ্যালেন্ট মেটালয়েড এবং সেমিকন্ডাক্টর। এটি অক্সিজেনের পরে পৃথিবীর ভূত্বকের দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রচুর উপাদান (ভর অনুসারে প্রায় 28%)।
সিলিকনের গলনাঙ্ক 1414 °C এবং একটি স্ফুটনাঙ্ক 3265 °C। এটি তুলনামূলকভাবে জড়, অক্সিজেন বা জলের সাথে বিক্রিয়া করে না। উত্তপ্ত হলে এটি হ্যালোজেনের সাথে বিক্রিয়া করে এবং ক্ষারকে পাতলা করে। সিলিকন দুটি অ্যালোট্রপিক আকারে বিদ্যমান; বাদামী সিলিকন একটি পাউডার, যেখানে স্ফটিক (ধাতু) সিলিকন খুব ভঙ্গুর।
সিলিকনের ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন হল \([Ne] 3s^2 3p^2\) । এই কনফিগারেশনটি ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে সিলিকন অন্যান্য পরমাণু বা অণুর সাথে চারটি সমযোজী বন্ধন গঠন করতে পারে, এটি যৌগ গঠনে অবিশ্বাস্যভাবে বহুমুখী করে তোলে।
সিলিকনের একটি অর্ধপরিবাহী হিসাবে কাজ করার ক্ষমতা, যার অর্থ এটি কিছু শর্তে বিদ্যুৎ সঞ্চালন করতে পারে তবে অন্যদের নয়, এটি ইলেকট্রনিক ডিভাইস তৈরিতে অপরিহার্য করে তোলে। এই বৈশিষ্ট্যটি বৈদ্যুতিক স্রোত নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়, যা মাইক্রোচিপ এবং সৌর কোষ থেকে স্মার্টফোন এবং কম্পিউটার পর্যন্ত ডিভাইসগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ।
প্রযুক্তিতে সিলিকনের ভূমিকার কেন্দ্রবিন্দুতে হল সিলিকন চিপ, বা ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট। সিলিকনের পাতলা স্লাইস দিয়ে তৈরি এই যন্ত্রটি হাজার হাজার থেকে লাখ লাখ ট্রানজিস্টর ধরে রাখতে পারে। ট্রানজিস্টর, সুইচ হিসাবে কাজ করে, ডিভাইসে বৈদ্যুতিক প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে।
সিলিকন প্রকৃতিতে বিনামূল্যে পাওয়া যায় না, তবে কোয়ার্টজ, ফেল্ডস্পার, মাইকা এবং কাদামাটির মতো খনিজগুলিতে আবদ্ধ। এটি বালির একটি উল্লেখযোগ্য উপাদানও বটে। খনন এবং পরিশোধন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, শিল্প ব্যবহারের জন্য বিশুদ্ধ সিলিকন নিষ্কাশন করা হয়।
সিলিকন জীববিজ্ঞানেও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যদিও ব্যাপকভাবে পরিচিত নয়। কিছু মাইক্রোস্কোপিক জীব, যেমন ডায়াটম, তাদের কোষ প্রাচীরকে শক্তিশালী করতে সিলিকন ব্যবহার করে। জীবন্ত প্রাণীদের দ্বারা সিলিকনের এই ব্যবহার এই উপাদানটি কতটা বহুমুখী তার একটি উদাহরণ।
সবচেয়ে সুপরিচিত সিলিকন যৌগগুলির মধ্যে একটি হল সিলিকন ডাই অক্সাইড ( \(SiO_2\) ), যা সাধারণত কোয়ার্টজ নামে পরিচিত। এই যৌগটি কাচ, সিরামিক এবং সিমেন্টের ভিত্তি তৈরি করে। সিলিকন কার্বাইড ( \(SiC\) ), আরেকটি যৌগ, একটি ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম এবং বুলেটপ্রুফ ভেস্টে ব্যবহৃত হয়।
2000°C এর বেশি তাপমাত্রায় বৈদ্যুতিক আর্ক ফার্নেসে কার্বন সহ সিলিকন ডাই অক্সাইডের হ্রাসের মাধ্যমে বিশুদ্ধ সিলিকন পাওয়া যায়। এই প্রতিক্রিয়ার সমীকরণ হল:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
এই প্রক্রিয়াটি ধাতুবিদ্যা গ্রেড সিলিকন উত্পাদন করে, যা অর্ধপরিবাহী গ্রেড সিলিকন তৈরি করতে আরও পরিমার্জিত হয়। এটি জোন রিফাইনিং নামে পরিচিত একটি প্রক্রিয়া জড়িত, যেখানে সিলিকন ইনগটের ছোট অংশ গলিয়ে অমেধ্য অপসারণ করা হয় এবং তাদের পুনরায় ক্রিস্টালাইজ করার অনুমতি দেয়।
যদিও সিলিকন নিজেই ক্ষতিকারক নয়, সিলিকন নিষ্কাশন এবং পরিশোধন করার প্রক্রিয়া পরিবেশগত প্রভাব ফেলতে পারে। কোয়ার্টজ বালির খনন (সিলিকনের একটি প্রাথমিক উত্স) এবং সিলিকন ধাতু এবং সিলিকন যৌগগুলির উত্পাদন বায়ু এবং জল দূষণের দিকে পরিচালিত করতে পারে। পুনর্ব্যবহারযোগ্য এবং প্রক্রিয়া উন্নয়ন উদ্যোগের মাধ্যমে এই প্রভাবগুলি হ্রাস করার জন্য শিল্পে প্রচেষ্টা চলছে।
যেহেতু আমরা প্রযুক্তির সীমানা ঠেলে চালিয়ে যাচ্ছি, সিলিকন এবং এর যৌগের চাহিদা বাড়বে বলে আশা করা হচ্ছে। আরও বেশি দক্ষ সিলিকন-ভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর তৈরির পাশাপাশি বিকল্প উপকরণ তৈরির জন্য গবেষণা চলছে যা একদিন সিলিকনের সাথে প্রতিস্থাপন বা কাজ করতে পারে।
তীব্র অধ্যয়নের একটি ক্ষেত্র হল সিলিকন কোয়ান্টাম ডটগুলির বিকাশ, যা কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ে ব্যবহারের সম্ভাবনা রাখে। কোয়ান্টাম কম্পিউটার, প্রচলিত কম্পিউটারের বিপরীতে, অভূতপূর্ব গতিতে জটিল গণনা করতে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের নীতিগুলি ব্যবহার করে।
এনার্জি স্টোরেজ প্রযুক্তিতে সিলিকনের সম্ভাব্য ব্যবহার নিয়েও গবেষণা চলছে। সিলিকন অ্যানোডগুলি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহারের জন্য অধ্যয়ন করা হচ্ছে কারণ তাদের ঐতিহ্যগত গ্রাফাইট অ্যানোডের তুলনায় অনেক বেশি ক্ষমতা রয়েছে। এটি ইলেকট্রনিক ডিভাইস এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের ব্যাটারির আয়ু উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে পারে।
সিলিকন শুধু একটি উপাদানের চেয়ে বেশি; এটি আধুনিক প্রযুক্তিগত ল্যান্ডস্কেপের একটি মৌলিক স্তম্ভ। এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির ক্রিয়াকলাপকে সক্ষম করে এবং এর প্রাচুর্য এটিকে বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি মূল উপাদান করে তোলে। যেহেতু আমরা সিলিকনের ক্ষমতাগুলি অন্বেষণ এবং পরিমার্জন করতে থাকি, এটি প্রযুক্তির ভবিষ্যতের দিকে আমাদের ধাক্কার অগ্রভাগে থাকে৷
সিলিকনের অর্ধপরিবাহী বৈশিষ্ট্যগুলি বোঝার জন্য, একটি সাধারণত সঞ্চালিত পরীক্ষায় সিলিকনের পরিবাহিতা পরিমাপ করা হয় কারণ এটি উত্তপ্ত হয়। একটি নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে, একটি সিলিকন নমুনা একটি তাপমাত্রা সেন্সর এবং একটি মাল্টিমিটার সহ একটি সার্কিটের সাথে সংযুক্ত থাকে। সিলিকন ধীরে ধীরে উত্তপ্ত হওয়ার সাথে সাথে এর পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়, এর অর্ধপরিবাহী প্রকৃতি প্রদর্শন করে। এই পরীক্ষাটি ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে সিলিকন উচ্চ তাপমাত্রায় আরও বিদ্যুৎ সঞ্চালন করতে পারে, একটি নীতি যা বিভিন্ন ইলেকট্রনিক ডিভাইসে শোষিত হয়।
