سینٹر فار فنکشنل نینو میٹریلز (CFN) کے محققین، جو کہ یو ایس ڈپارٹمنٹ آف انرجی (DOE) کے دفتر برائے سائنس صارف سہولت DOE کی Brookhaven نیشنل لیبارٹری میں، اور Northrop Grumman، ایک کثیر القومی ایرو اسپیس اور دفاعی ٹیکنالوجی کمپنی، نے وادی پولرائزیشن کو برقرار رکھنے کا ایک طریقہ تلاش کیا ہے۔ نئے مواد اور تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے کمرے کے درجہ حرارت پر۔ یہ دریافت ایسے آلات کا باعث بن سکتی ہے جو انتہائی کم درجہ حرارت پر رکھنے کی ضرورت کے بغیر اس ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے نئے طریقوں سے معلومات کو ذخیرہ اور پراسیس کرتے ہیں۔ ان کی تحقیق حال ہی میں شائع ہوئی تھی۔ نیچر کمیونیکیشنز.
ان آلات کو حاصل کرنے کے لیے جس راستے کی تلاش کی جا رہی ہے ان میں سے ایک نسبتاً نیا فیلڈ ہے جسے “ویلی ٹرونکس” کہا جاتا ہے۔ مواد کا الیکٹرانک بینڈ ڈھانچہ — ہر ایٹم کے الیکٹران کنفیگریشن میں توانائی کی سطح کی حد — اوپر یا نیچے ڈوب سکتی ہے۔ ان چوٹیوں اور گرتوں کو “وادیوں” کے نام سے جانا جاتا ہے۔ کچھ مواد میں ایک ہی توانائی کے ساتھ متعدد وادیاں ہوتی ہیں۔ اس طرح کے نظام میں ایک الیکٹران ان وادیوں میں سے کسی ایک پر قبضہ کر سکتا ہے، معلومات کو ذخیرہ کرنے اور اس پر کارروائی کرنے کا ایک انوکھا طریقہ پیش کرتا ہے جس کی بنیاد پر الیکٹران کس وادی پر قابض ہے۔ تاہم، ایک چیلنج وادی پولرائزیشن کو مستحکم رکھنے کے لیے درکار کم درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کی کوشش اور خرچ رہا ہے۔ اس استحکام کے بغیر، آلات معلومات سے محروم ہونا شروع کر دیں گے۔ اس طرح کی ٹیکنالوجی کو عملی، سستی ایپلی کیشنز کے لیے قابل عمل بنانے کے لیے، ماہرین کو اس رکاوٹ کو دور کرنے کا راستہ تلاش کرنے کی ضرورت ہوگی۔
کامل وادیوں کے لیے 2D مناظر کی تلاش
ٹرانزیشن میٹل ڈیچلکوجینائیڈز (TMDs) دلچسپ، تہہ دار مواد ہیں جو اپنی پتلی میں، صرف چند ایٹموں کی موٹی ہو سکتی ہیں۔ مواد میں ہر پرت ٹرانزیشن میٹل ایٹموں کی دو جہتی (2D) شیٹ پر مشتمل ہوتی ہے جو چلکوجن ایٹموں کے درمیان سینڈویچ ہوتی ہے۔ جب کہ دھات اور چالکوجن ایک تہہ میں ہم آہنگی کے بندھن کے ساتھ مضبوطی سے جکڑے ہوئے ہیں، ملحقہ پرتیں صرف وین ڈیر وال کے تعامل سے کمزوری سے جڑی ہوئی ہیں۔ کمزور بانڈز جو ان تہوں کو ایک ساتھ رکھتے ہیں TMDs کو اس قابل بناتا ہے کہ وہ ایک monolayer پر اکسفولیئٹ ہو جائے جو صرف ایک “انو” موٹا ہو۔ یہ اکثر 2D مواد کے طور پر کہا جاتا ہے.
CFN کی ٹیم نے چیرل لیڈ ہیلائیڈ پیرووسکائٹس (R/S-NEAPbI) کے سنگل کرسٹل کی ترکیب کی3)۔ Chirality اشیاء کے ایک مجموعے کو بیان کرتی ہے، جیسے مالیکیولز، جو ایک دوسرے کی آئینہ دار تصویر ہیں لیکن ان کو سپرمپوز نہیں کیا جا سکتا۔ یہ یونانی لفظ “ہاتھ” سے ماخوذ ہے، جس کی مثال chirality ہے۔ دونوں شکلیں ایک جیسی ہیں، لیکن اگر آپ ایک ہاتھ دوسرے کے اوپر رکھیں تو وہ سیدھ میں نہیں آئیں گے۔ یہ توازن وادی پولرائزیشن کو کنٹرول کرنے کے لیے اہم ہے۔
اس مواد کے فلیکس، تقریباً 500 نینو میٹر موٹے یا انسانی بالوں کی موٹائی پانچ ہزارویں، مولیبڈینم ڈسلفائیڈ (MoS) کے مونولیئر پر تہہ کیے گئے تھے۔2) TMD تخلیق کرنے کے لیے جسے heterostructure کہا جاتا ہے۔ مختلف 2D مواد کو ایسی خصوصیات کے ساتھ جوڑ کر جو دو مواد کے درمیان انٹرفیس پر چارج ٹرانسفر کو متاثر کرتی ہیں، یہ ہیٹرسٹرکچرز امکانات کی دنیا کھولتے ہیں۔
اس ہیٹرسٹرکچر کو بنانے اور اس کی خصوصیت کے بعد، ٹیم یہ دیکھنے کے لیے بے تاب تھی کہ یہ کیسا برتاؤ کرتا ہے۔
آزادی کی ڈگری
“ٹی ایم ڈی کے پاس ایک ہی توانائی کے ساتھ دو وادیاں ہیں،” شریتو شریستھا، سی ایف این میں پوسٹ ڈاکٹرل ریسرچ ایسوسی ایٹ اور اس مقالے کے مصنف نے وضاحت کی۔ “ایک الیکٹران ایک وادی یا دوسری وادی میں ہو سکتا ہے، جو اسے ایک اضافی حد تک آزادی فراہم کرتا ہے۔ پھر معلومات کو اس بنیاد پر ذخیرہ کیا جا سکتا ہے کہ الیکٹران کس وادی پر قابض ہے۔”
مواد کے رویے کی بہتر تصویر حاصل کرنے کے لیے، ٹیم نے CFN کی ایڈوانسڈ آپٹیکل سپیکٹروسکوپی اور مائیکروسکوپی کی سہولت میں ٹولز کا فائدہ اٹھایا۔ سائنسدانوں نے ایک لکیری پولرائزڈ لیزر کا استعمال کرتے ہوئے اس ہیٹرسٹرکچر کو پرجوش کیا جو انہوں نے گھڑ لیا تھا اور پھر کنفوکل مائکروسکوپ کا استعمال کرتے ہوئے مولیبڈینم ڈسلفائڈ TMD سے خارج ہونے والی روشنی کی پیمائش کی۔ انہوں نے ٹی ایم ڈی کے ساتھ وہی عمل انجام دیا جس میں چیرل لیڈ ہیلائیڈ پیرووسکائٹ پرت شامل نہیں تھی۔
ان جدید تجربات کے دوران، محققین نے روشنی کے اخراج کے طریقے کے بارے میں کچھ دلچسپ دیکھا۔ ہیٹرسٹرکچر میں ننگی TMD سے کم اخراج تھا۔ محققین نے اس رویے کو ٹی ایم ڈی سے ہیٹرسٹرکچر میں پیرووسکائٹ میں منتقل ہونے والے چارج سے منسوب کیا۔ الٹرا فاسٹ سپیکٹروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے پایا کہ چارج بہت تیزی سے منتقل ہوتا ہے — ایک سیکنڈ کے صرف چند کھربویں حصے۔
ٹیم نے یہ بھی پایا کہ خارج ہونے والی روشنی کے بائیں اور دائیں سرکلر پولرائزڈ اجزاء کی شدت استعمال شدہ چیرل پیرووسکائٹ کے ہاتھ پر منحصر ہے۔ پیرووسکائٹ کی سرمئی نوعیت نے مختلف اسپن والے الیکٹرانوں کے لیے فلٹر کی طرح کام کیا۔ چیرل پیرووسکائٹ کی دستکاری پر منحصر ہے، الیکٹران جو اوپر یا نیچے گھومتے ہیں ترجیحی طور پر ایک وادی سے الیکٹرانوں پر دوسری وادی میں الیکٹران کے ساتھ منتقل ہوتے ہیں۔ یہ رجحان محققین کو انتخابی طور پر وادیوں کو آباد کرنے اور اپنے قبضے کو اسی طرح استعمال کرنے کے قابل بنائے گا جس طرح کمپیوٹرز پر موجودہ ٹرانزسٹر بائنری بٹس کے 1s اور 0s کو محفوظ کرتے ہیں۔
“اس تجربے میں نمایاں کرنے کے لیے ایک اہم نکتہ یہ ہے کہ ان نتائج کو کمرے کے درجہ حرارت پر محسوس کیا گیا، جہاں سے پورے میدان کو حرکت میں آنا چاہیے،” میرسیا کوٹلیٹ، بروکھاوین لیب کے ایک مادّی سائنس دان اور پروجیکٹ کی پرنسپل تفتیش کار نے کہا۔ “ہارڈ ویئر کو کم درجہ حرارت پر رکھنا جو استعمال کیا جا رہا تھا بہت زیادہ پیچیدہ اور مہنگا ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر اس قسم کے مادی خصوصیات کو دیکھنا حوصلہ افزا ہے۔”
اگرچہ ویلیٹرونکس کی تحقیق ابھی ابتدائی مرحلے میں ہے، محققین پہلے ہی ممکنہ ایپلی کیشنز کے بارے میں سوچ رہے ہیں۔ یہ ٹیکنالوجی موجودہ آلات کو حیران کن طریقوں سے بہتر کر سکتی ہے، کلاسیکی کمپیوٹرز کی صلاحیتوں کو بڑھا سکتی ہے، لیکن یہ مستقبل کے ہارڈ ویئر کا ایک جزو بھی ہو سکتی ہے۔
“اس سے کلاسیکی کمپیوٹنگ کو زیادہ موثر بنانے میں مدد ملے گی،” شریستھا نے کہا، “لیکن اس ٹیکنالوجی کو کوانٹم انفارمیشن سائنس کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، جس میں کوانٹم کمپیوٹنگ، یا حتیٰ کہ کوانٹم سینسنگ بھی شامل ہے۔ یہ جوہری طور پر پتلے مادوں میں منفرد کوانٹم خصوصیات ہیں، جن کا ہمیں ہونا چاہیے۔ فائدہ اٹھانے کے قابل۔”
تعاون اور اختراع کو فروغ دینا
CFN کے استعمال کنندگان اور معاونین اکیڈمیا، تحقیق اور صنعت کے وسیع شعبوں سے آتے ہیں۔ اس تجربے میں امریکی عالمی ایرو اسپیس اور دفاعی ٹیکنالوجی کمپنی نارتھروپ گرومین کے ایک طویل عرصے سے تعاون کرنے والے کا تعاون شامل تھا۔ 2021 میں، DOE کے آفس آف انرجی ایفیشنسی اینڈ رینیوایبل انرجی (EERE) نے CFN کو ٹیکنولوجسٹ ان ریزیڈنس (TIR) پروگرام کے ذریعے Northrop Grumman کے ساتھ تعاون کرنے کے لیے فنڈنگ سے نوازا۔ TIR پروگرام تحقیق اور ترقی کے لیے قومی لیبز اور صنعت کے سینئر تکنیکی عملے کو جوڑتا ہے۔ اس طرح کے پروگرام امریکی مینوفیکچرنگ میں جدت طرازی کو آگے بڑھاتے ہوئے اور اقتصادی ترقی اور توانائی کی حفاظت کو فروغ دیتے ہوئے قومی لیب-انڈسٹری تعلقات کو مضبوط بناتے ہیں۔
کوٹلیٹ نے کہا کہ نارتھروپ گرومین اور ڈان ڈیمارزیو کے ساتھ ہمارا تعاون 2015 تک واپس چلا جاتا ہے۔ “2D مواد میں ہماری باہمی دلچسپی ہے، خاص طور پر وہ کمپیوٹر کی اگلی نسل بنانے میں کس طرح مدد کریں گے۔ یہاں ایک ہی چھت کے نیچے اتنے مختلف لوگوں کی مہارت حاصل کرنا حوصلہ افزا ہے۔ -اختتام کے آلات اور تکنیکیں جو ہمیں ان تمام معلومات کو ایک ساتھ رکھنے کی صلاحیت فراہم کرتی ہیں۔”
اس کام نے شریستھا اور کوٹلیٹ کو مسلسل تحقیق میں توسیع کرنے کی بھی اجازت دی جو وہ دونوں TMDs اور چارج ٹرانسفر پر کر رہے ہیں۔
شریستھا نے کہا، “میں نے اپنی پی ایچ ڈی تحقیق اور اپنی پہلی پوسٹ ڈاکٹرل پوزیشن کے دوران پیرووسکائٹس کے ساتھ کام کیا تھا،” اس لیے ہم اس علاقے میں اپنی مہارت کو TMDs میں میرسیا کی مہارت اور CFN کی ایڈوانسڈ آپٹیکل سپیکٹروسکوپی اور مائیکروسکوپی میں موجود آپٹیکل آلات کے ساتھ جوڑنے کے قابل ہو گئے۔ کچھ امید افزا دریافت کرنے کی سہولت۔ میں سوجی پارک اور CFN کے Xiao Tong اور Mingxing Li کے ساتھ کام کرنے کے لیے بھی پرجوش تھا، ایک سائنسدان جو پہلے CFN کے ساتھ تھا اور اب Innovare میں ہے۔ اس قسم کی سمجھ ایک اجتماعی کوشش کے بغیر ممکن نہیں ہو گی۔ اور ایک ہی چھت کے نیچے ان تمام اعلیٰ ترین سہولیات تک رسائی۔ میں یہ دیکھ کر بہت پرجوش ہوں کہ یہ کام کس طرف جاتا ہے اور CFN کے 2D میٹریل پروگرام میں مزید بصیرت فراہم کرنے کا منتظر ہوں۔”
>Source link>
>>Join our Facebook Group be part of community. <<