نئے تجرباتی طریقہ کے ساتھ، محققین نے پہلی بار 2D مواد میں اسپن کی ساخت کی تحقیقات کی۔

راستے میں کھڑا ہونا یہ ہے کہ وہ عام طریقہ جس میں سائنس دان الیکٹران کے گھماؤ کی پیمائش کرتے ہیں — ایک ضروری رویہ جو کہ طبیعی کائنات کی ہر چیز کو اس کی ساخت دیتا ہے — عام طور پر 2D مواد میں کام نہیں کرتا ہے۔ اس سے مواد کو مکمل طور پر سمجھنا اور ان کی بنیاد پر تکنیکی ترقی کو آگے بڑھانا ناقابل یقین حد تک مشکل ہو جاتا ہے۔ لیکن براؤن یونیورسٹی کے محققین کی قیادت میں سائنسدانوں کی ایک ٹیم کا خیال ہے کہ اب ان کے پاس اس دیرینہ چیلنج سے نمٹنے کا راستہ ہے۔ میں شائع ہونے والی ایک نئی تحقیق میں وہ اپنا حل بیان کرتے ہیں۔ نیچر فزکس۔

مطالعہ میں، ٹیم – جس میں سنڈیا نیشنل لیبارٹریز کے سینٹر فار انٹیگریٹڈ نینو ٹیکنالوجیز، اور یونیورسٹی آف انسبرک کے سائنس دان بھی شامل ہیں – اس بات کی وضاحت کرتے ہیں کہ وہ پہلی پیمائش ہے جو 2D مواد میں گھومنے والے الیکٹرانوں کے درمیان براہ راست تعامل کو ظاہر کرتی ہے۔ مائکروویو تابکاری سے آنے والے فوٹون۔ جوڑے کہلاتے ہیں، الیکٹرانوں کے ذریعے مائیکرو ویو فوٹونز کا جذب براہ راست اس خصوصیات کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک نئی تجرباتی تکنیک قائم کرتا ہے کہ ان 2D کوانٹم مواد میں الیکٹران کس طرح گھومتے ہیں – جو ان مواد کی بنیاد پر کمپیوٹیشنل اور کمیونیکیشنل ٹیکنالوجیز کی ترقی کے لیے ایک بنیاد کے طور پر کام کر سکتا ہے، محققین کے مطابق.

براؤن میں طبیعیات کے اسسٹنٹ پروفیسر اور تحقیق کے سینئر مصنف جیا لی نے کہا، “اسپن کا ڈھانچہ کسی کوانٹم رجحان کا سب سے اہم حصہ ہے، لیکن ہمارے پاس ان 2D مواد میں اس کے لیے کبھی بھی براہ راست تحقیقات نہیں ہوئی ہیں۔” “اس چیلنج نے ہمیں گزشتہ دو دہائیوں سے نظریاتی طور پر ان دلچسپ مواد میں اسپن کا مطالعہ کرنے سے روک دیا ہے۔ اب ہم اس طریقے کو استعمال کرتے ہوئے بہت سے مختلف نظاموں کا مطالعہ کر سکتے ہیں جن کا ہم پہلے مطالعہ نہیں کر سکتے تھے۔”

محققین نے ایک نسبتاً نئے 2D مواد پر پیمائش کی جسے “جادو زاویہ” بٹی ہوئی بائلیئر گرافین کہا جاتا ہے۔ یہ گرافین پر مبنی مواد اس وقت تخلیق ہوتا ہے جب کاربن کی الٹراتھین تہوں کی دو شیٹوں کو اسٹیک کیا جاتا ہے اور صرف صحیح زاویہ پر موڑ دیا جاتا ہے، نئے دوہری پرتوں والے ڈھانچے کو ایک سپر کنڈکٹر میں تبدیل کرتا ہے جو بجلی کو بغیر مزاحمت یا توانائی کے ضیاع کے بہنے دیتا ہے۔ ابھی 2018 میں دریافت ہوا، محققین نے اس مواد پر توجہ مرکوز کی کیونکہ اس کے آس پاس موجود امکانات اور اسرار ہیں۔

براؤن میں لی کی لیب میں ایک گریجویٹ طالب علم ایرن موریسیٹ نے کہا، “2018 میں جو بڑے سوالات اٹھائے گئے تھے، ان کے جوابات ابھی باقی ہیں۔”

طبیعیات دان عام طور پر جوہری مقناطیسی گونج یا NMR کا استعمال کرتے ہیں تاکہ الیکٹران کے گھماؤ کی پیمائش کی جاسکے۔ وہ مائکروویو تابکاری کا استعمال کرتے ہوئے نمونے کے مواد میں جوہری مقناطیسی خصوصیات کو پرجوش کرکے اور پھر مختلف دستخطوں کو پڑھ کر یہ تابکاری گھماؤ کی پیمائش کرنے کا سبب بنتی ہے۔

2D مواد کے ساتھ چیلنج یہ ہے کہ مائکروویو اتیجیت کے جواب میں الیکٹران کے مقناطیسی دستخط کا پتہ لگانے کے لئے بہت چھوٹا ہے۔ ریسرچ ٹیم نے بہتر بنانے کا فیصلہ کیا۔ الیکٹرانوں کی مقناطیسیت کا براہ راست پتہ لگانے کے بجائے، انہوں نے براؤن میں انسٹی ٹیوٹ فار مالیکیولر اینڈ نانوسکل انوویشن میں من گھڑت ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹرانک مزاحمت میں ٹھیک ٹھیک تبدیلیوں کی پیمائش کی، جو تابکاری سے مقناطیسی تبدیلیوں کی وجہ سے ہوئی تھیں۔ الیکٹرانک کرنٹ کے بہاؤ میں ان چھوٹی تبدیلیوں نے محققین کو یہ پتہ لگانے کے لیے ڈیوائس کا استعمال کرنے کی اجازت دی کہ الیکٹران مائکروویو تابکاری سے تصاویر کو جذب کر رہے ہیں۔

محققین تجربات سے نئی معلومات کا مشاہدہ کرنے کے قابل تھے۔ ٹیم نے دیکھا، مثال کے طور پر، کہ نظام کے بعض حصوں میں فوٹون اور الیکٹرانوں کے درمیان تعاملات ایسے ہی برتاؤ کرتے ہیں جیسا کہ وہ اینٹی فیرو میگنیٹک سسٹم میں کرتے ہیں – یعنی کچھ ایٹموں کی مقناطیسیت کو مقناطیسی ایٹموں کے ایک سیٹ کے ذریعے منسوخ کر دیا گیا تھا۔ ایک الٹ سمت میں منسلک ہیں.

2D مواد میں اسپن کا مطالعہ کرنے کا نیا طریقہ اور موجودہ نتائج آج ٹیکنالوجی پر لاگو نہیں ہوں گے، لیکن تحقیقی ٹیم ممکنہ ایپلی کیشنز کو دیکھتی ہے جو یہ طریقہ مستقبل میں لے سکتا ہے۔ وہ اپنے طریقے کو بٹی ہوئی بیلیئر گرافین پر لاگو کرنا جاری رکھنے کا ارادہ رکھتے ہیں لیکن اسے دوسرے 2D مواد تک بھی پھیلاتے ہیں۔

موریسیٹ نے کہا، “یہ واقعی ایک متنوع ٹول سیٹ ہے جسے ہم ان مضبوط مربوط نظاموں میں الیکٹرانک آرڈر کے ایک اہم حصے تک رسائی حاصل کرنے اور عام طور پر یہ سمجھنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں کہ الیکٹران 2D مواد میں کیسے برتاؤ کر سکتے ہیں۔”

یہ تجربہ نیو میکسیکو میں سنٹر فار انٹیگریٹڈ نینو ٹیکنالوجیز میں 2021 میں دور سے کیا گیا تھا۔ یونیورسٹی آف انسبرک کے Mathias S. Scheurer نے ماڈلنگ اور نتیجہ کو سمجھنے کے لیے نظریاتی مدد فراہم کی۔ اس کام میں نیشنل سائنس فاؤنڈیشن، یو ایس ڈپارٹمنٹ آف ڈیفنس اور یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کے آفس آف سائنس کی جانب سے فنڈنگ ​​شامل تھی۔