“ดร.วรวัฒน์ มีวาสนา” ผู้โดดเด่นงานวิจัยทลายกำแพงซิลิกอน

มทส.-โลกอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันอาศัยความสามารถของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งที่ใช้กันมากที่สุดคือ “ซิลิกอน” และตามความหมาย “สารกึ่งตัวนำ” นั้น คือ สารที่สามารถเปลี่ยนไปมาระหว่างการเป็นตัวนำไฟฟ้าและตัวฉนวน การเปลี่ยนไปมานี้เป็นสมบัติสำคัญในการสั่งงานให้เปิดกับปิด เปรียบได้เป็น  0 กับ 1 ในโลกดิจิทัล ซึ่งกลายมาเป็นคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราใช้กันอย่างอยู่ทุกวันนี้ ทว่าการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยใช้สารกึ่งตัวนำแบบดั้งเดิมก็เข้าใกล้จุดอิ่มตัวเต็มทีและความเร็วของคอมพิวเตอร์ไม่อาจจะพัฒนาให้สูงไปได้กว่าที่มีอยู่ในปัจจุบันมากนัก

หนทางหนึ่งในการเอาชนะขีดจำกัดของสารกึ่งตัวนำกึ่งตัวนำแบบดั้งเดิม คือ การหาสารกลุ่มใหม่ที่มีความสามารถหลากหลายกว่าเดิม โดยสารในพวกโลหะออกไซด์คาดว่าจะเป็นคำโจทย์ตรงนี้ได้ ผศ.ดร.วรวัฒน์ มีวาสนา สาขาวิชาฟิสิกส์ สำนักวิชาวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ได้ใช้เทคนิคแสงซินโครตรอนทำการศึกษาโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของสารในจำพวกนี้ในการหาสมบัติเชิงไฟฟ้าและแม่เหล็กแบบใหม่ๆ เพื่อนำไปใช้ในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่

จากการใช้เทคนิคแสงซินโครตรอนที่เรียกว่า “โฟโตอิมิชชันสเปกโทรสโกปี” (Photoemission spectroscopy) ซึ่งเป็นงานวิจัยในส่วนหนึ่งของ ดร.วรวัฒน์ เกี่ยวกับสารตัวนำไฟฟ้ายวดยิ่งจำพวกคอปเปอร์ออกไซด์ ที่มีความแปลกตรงอิเล็กตรอนสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีการสูญเสียพลังงานหรือมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ได้ จากผลการวิจัยที่ผ่านมา ช่วยให้เข้าใจฟิสิกส์ในเชิงลึกได้ดีขึ้นถึงการทำงานที่น่าฉงนของอิเล็กตรอนนี้

สำหรับงานวิจัยอีกส่วนหนึ่งเป็นผลต่อเนื่องจากการค้นพบของนักวิจัยต่างประเทศที่พบว่า เมื่อนำผลึกสนิมโลหะจากไททาเนียมและอลูมิเนียมสองชนิดมาประกบกัน บริเวณรอยต่อจะมีชั้นอิเล็กตรอนสองมิติเกิดขึ้น ชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้มีสมบัติที่หลากหลาย นอกจากคงสมบัติของสารกึ่งตัวนำไว้แล้วยังสามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กและเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดได้อีกด้วย ตอนนี้เราจึงไม่ได้มีแค่ 0 กับ 1 เหมือนในโลกดิจิทัลอีกแล้ว แต่มีสมบัติอีกหลายอย่างที่กลายมาเป็นความหวังใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำหลายท่านในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ที่ชื่อว่า “all-oxide devices”
 

ดร. วรวัฒน์ ร่วมกับคณะวิจัยนานาชาติ ได้ทำการศึกษาโลหะออกไซด์พวกไทเทเนียมออกไซด์ และแทนทาลัมออกไซด์ ที่มีศักยภาพสูงในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ พบว่าชั้นอิเล็กตรอนสองมิติของผลึกพวกนี้สามารถเกิดได้บนผิวโดยไม่ต้องมีการประกบโดยเกิดขึ้นหลังจากการฉายแสงซินโครตรอนที่มีความเข้มสูงลงบนผิว วิธีการดังกล่าวอาจใช้เป็นวิธีในการสร้างลวดลายของชั้นอิเล็กตรอนที่ราคาถูกและรวดเร็วได้สำหรับใช้ในวงจรไฟฟ้าชนิดใหม่

นอกจากนี้พบว่าอิเล็กตรอนที่ถูกขังในชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้มีสมบัติที่พิเศษที่หลากหลายและมีความคล่องตัวที่สูง (high electron mobility) ข้อมูลดังกล่าวแสดงถึงศักยภาพของผลึกสนิมนี้ที่ทำงานได้หลากหลายกว่าสารกึ่งตัวนำและทำงานได้รวดเร็วอีกด้วย จากความรู้ฟิสิกส์ที่ค้นพบได้นำมาประยุกต์ใช้ในการสร้างอุปกรณ์ต้นแบบเซ็นเซอร์แสงที่มีสมบัติแตกต่างจากเซ็นเซอร์ทั่วไปตรงที่มีความโปร่งแสง และยังมีอุปกรณ์ต้นแบบตัวเก็บประจุจากสารพวกไทเทเนียมออกไซด์ที่มีความแตกต่างจากจากอุปกรณ์ทั่วไปตรงที่ค่าความจุเพิ่มขึ้นได้โดยการฉายแสง เป็นต้น

ดร.วรวัฒน์ ยังให้ความสนใจกับการศึกษาสมบัติไฟฟ้าในสารประกอบคาร์บอน และการประยุกต์ใช้แสงซินโครตรอนเพื่องานวิจัยทางการเกษตรกรรม และล่าสุดเขาเพิ่งได้รับรางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ของประเทศไทย ประจำปี 2556 สาขาฟิสิกส์ (2013 TWAS Prize for Young Scientists in Thailand) ซึ่งมีพิธีมอบรางวัลเมื่อวันที่ 24 ส.ค.56ภายในงาน “มหกรรมการนำเสนอผลงานวิจัยแห่งชาติ 2556” (Thailand Research Expo 2013) ณ บางกอกคอนเวนชั่นเซนเตอร์ โรงแรมเซนทาราแกรนด์

รางวัลดังกล่าวเป็นความร่วมมือระหว่างต่างประเทศของสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) กับ สภาวิทยาศาสตร์สำหรับประเทศกำลังพัฒนา ( Academy of Sciences for the Developing World: TWAS) ซึ่งมีสมาชิกจาก 43 ประเทศทั่วโลก และ วช.ได้คัดเลือกนักวิทยาศาสตร์ใน 4 สาขา คือ ชีววิทยา เคมี คณิตศาสตร์และฟิสิกส์ เพื่อรับรางวัลดังกล่าวเวียนกันปีละสาขามาตั้งแต่ปี 2540

เดิมสภาวิทยาศาสตร์สำหรับประเทศกำลังพัฒนาชื่อว่า สภาวิทยาศาสตร์แห่งโลกที่สาม (Third World Academy of Sciences) เป็นองค์กรอิสระซึ่งจัดตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2526 ด้วยความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำจากประเทศที่กำลังพัฒนา โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเสริมสร้างสภาวะผู้นำทางการเมืองและผู้นำทางด้านวิทยาศาสตร์โดยใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นพื้นฐาน ปัจจุบันอยู่ในความอุปถัมภ์และกำกับดูแลขององค์กรการศึกษาวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) โดยมีสำนักงานอยู่ที่เมือง Trieste ประเทศอิตาลี (อ่านประวัติผู้ก่อตั้ง : Abdus Salam นักวิทยาศาสตร์มุสลิมผู้พิชิตโนเบลคนแรก )