نانوسکل پر فلوڈ میکینکس کے اسرار سے پردہ اٹھانے والے 'کوانٹم پلمبرز' سے ملیں - فزکس ورلڈ

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-4.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-4.jpg" data-caption="بہاؤ کے ساتھ جارہا ہے کاربن نانوٹوبس کے ذریعے پانی کے بہاؤ کو نانوسکل پر ابھرنے والے عجیب کوانٹم اثرات سے فائدہ اٹھا کر کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ (بشکریہ: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation)”>

اگر آپ شاور کے نیچے کھڑے ہو کر اپنے کم پانی کے دباؤ پر افسوس کا اظہار کر رہے ہیں، تو لفافے کے پیچھے کا حساب آپ کو پانی کی چپکنے والی، دباؤ اور آپ کے پانی کے پائپوں کے سائز کے درمیان تعلق فراہم کرے گا۔ اگر آپ کے پائپوں کو چند مائکرون چوڑائی تک چھوٹا کیا گیا تھا، تو آپ کو یہ بھی جاننا ہوگا کہ پانی اور پائپ کے درمیان کتنا رگڑ ہے، جو مائیکرو اسکیل پر اہم ہو جاتا ہے۔

لیکن کیا ہوگا اگر آپ کے پائپ اتنے تنگ ہوں کہ صرف چند پانی کے مالیکیول ایک ساتھ فٹ ہو سکیں؟ اگرچہ نانوسکل پلمبنگ ناقابل عمل اور ناممکن دونوں لگ سکتی ہے، لیکن یہ وہ چیز ہے جسے ہم کاربن نانوٹوبس کی بدولت بنا سکتے ہیں۔ جلد ہی جاپانی ماہر طبیعیات سومیو آئیجیما 1991 میں کثیر دیواروں والے کاربن نانوٹوبس دریافتفطرت، قدرت 354 56)، محققین نے سوچنا شروع کیا کہ کیا ان چھوٹے ڈھانچے کو سالماتی پیمانے پر ٹیوبوں کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ مائعات کو چوسنے اور منتقل کیا جا سکے۔

کاربن نانوٹوبس میں ایسی دیواریں ہوتی ہیں جو پانی کو پیچھے ہٹاتی ہیں، جس سے سائنسدانوں نے یہ قیاس کیا کہ پانی ان ڈھانچے سے تقریباً رگڑ سے پاک ہو سکتا ہے۔ اس طرح کے موثر بہاؤ کے ساتھ، پانی کو صاف کرنے، پانی صاف کرنے اور دیگر "نانو فلائیڈک" ٹیکنالوجیز کے لیے نانوٹوبس کے استعمال کی بات کی گئی۔

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-1.jpg" data-caption="لپیٹ Artist’s impression of the concentric graphene layers in a multi-wall carbon nanotube. (Courtesy: iStock/theasis)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-1.jpg”>

معیاری سیال حرکیات کے مطابق، بہتے ہوئے مائع اور پائپ کی دیوار کے درمیان رگڑ کو تبدیل نہیں ہونا چاہیے کیونکہ پائپ تنگ ہو جاتا ہے۔ تاہم، تجربات سے ثابت ہوا ہے کہ جب پانی کاربن نینو ٹیوب کے ذریعے بہتا ہے تو ٹیوب کی پھسلن اس کے قطر پر منحصر ہے۔

یہ پتہ چلتا ہے کہ نانوسکل پر، سیال میکانکس کے قوانین پانی اور کاربن کے درمیان تعامل کے کوانٹم مکینیکل پہلوؤں کے ذریعہ چلائے جاتے ہیں

یہ پتہ چلتا ہے کہ نانوسکل پر، سیال میکانکس کے قوانین پانی اور کاربن کے درمیان تعامل کے کوانٹم مکینیکل پہلوؤں کے تحت چلتے ہیں، اور ایک نئے رجحان کو جنم دے سکتے ہیں جسے "کوانٹم رگڑ" کہا جاتا ہے۔ رگڑ اکثر پریشانی کا باعث ہوتا ہے، لیکن آیا یہ کوئی مسئلہ ہے یا موقع یہاں ہماری ذہانت پر منحصر ہے۔

کوانٹم رگڑ کا استعمال نانوسکل فلو سینسرز تیار کرنے یا نینو فلائیڈکس کے لیے انتہائی چھوٹے والوز بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ اس حیران کن کوانٹم اثر کی دریافت - جو کمرے کے درجہ حرارت پر بھی کام کرتا ہے - نے عملی نینو ٹیکنالوجی ایپلی کیشنز اور نظریاتی مالیکیولر فزکس کے لیے ایک کھلونا باکس کھول دیا ہے۔ "کوانٹم پلمبرز" کے لیے، ہم صرف یہ جاننے کے شروع میں ہیں کہ اندر کیا ہے۔

پھسلنے والی ٹیوبیں۔

کہانی 2000 کی دہائی کے اوائل میں سنجیدگی سے شروع ہوتی ہے، جب کاربن نانوٹوبس (فطرت، قدرت 438 44 اور فطرت، قدرت 414 188) سے پتہ چلتا ہے کہ پانی کے مالیکیول واقعی ٹیوب کی دیوار سے بہت کم رگڑ کے ساتھ حرکت کرتے ہیں۔ یہ متاثر کن بہاؤ کی شرح پیدا کرتا ہے، یہاں تک کہ خصوصی نانوسکل پروٹین چینلز کے ذریعے جو جانوروں اور پودوں کے خلیوں میں پانی کی سطح کو منظم کرتے ہیں۔

دیگر تخروپن، کی طرف سے کئے گئے بین کوری پر آسٹریلوی نیشنل یونیورسٹی، نے تجویز کیا کہ اگر نانوٹوبس صرف چند ångstroms ہیں - تاکہ صرف چند پانی کے مالیکیول قطر کے اندر فٹ ہو جائیں - ڈھانچے نمکیات کو فلٹر کر سکتے ہیں (J. طبیعیات کیم بی 112 1427)۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ تحلیل شدہ نمک کے آئن پانی کے انووں کے "ہائیڈریشن شیل" سے گھرے ہوئے ہیں، جو ٹیوب سے گزرنے کے لیے بہت بڑا ہونا چاہیے۔ اس تلاش نے سیدھ میں رکھے ہوئے نانوٹوبس کی صفوں سے صاف کرنے والی جھلیوں کی تخلیق کے امکان کو بڑھایا، جس میں کم رگڑ پانی کے بہاؤ کی بلند شرح کو یقینی بناتی ہے۔

ایسی جھلیوں پر ابتدائی تجربات (سائنس 312 10342000 کی دہائی میں بذریعہ اولگیکا باکاجینمیں گروپ ہے لارنس لیورورم نیشنل لیبارٹری کیلیفورنیا میں وعدہ دکھایا (شکل 1)۔ لیکن نانوٹوبس کے ساتھ مضبوط، سرمایہ کاری مؤثر جھلیوں کو گھڑنے کی عملییتیں جو ایک ہی سائز کی ہیں، بلکہ سست پیش رفت کا باعث بنی ہیں۔

نانوٹوبس میں پانی کے بہاؤ کو قریب سے دیکھنے نے چیزوں کو اور بھی پیچیدہ بنا دیا۔ 2016 میں ماہر طبیعیات لیڈیرک بوکیٹ کی ایکل نارمل سپیریور پیرس میں اور اس کے ساتھی کارکنوں نے تجربات کیے جس میں دکھایا گیا ہے کہ کاربن نانوٹوبس کے ذریعے دباؤ کے تحت بہنے والا پانی تیز تر ہو جاتا ہے کیونکہ ٹیوب کا قطر تقریباً 100 nm سے چھوٹا ہو جاتا ہے۔فطرت، قدرت 537 210)۔ دوسرے لفظوں میں، نانوٹوبس جتنا چھوٹا ہوتا ہے اتنا ہی پھسلنے لگتا ہے۔ اس کے باوجود بوران نائٹرائڈ سے بنی نانوٹوبس کے لیے، بہاؤ کی شرح ٹیوب کے قطر پر بالکل بھی منحصر نہیں تھی، جو بالکل اسی طرح ہے جس کی توقع سادہ کلاسیکی ماڈلز سے ہوتی ہے۔

کاربن نانوٹوبس گرافین کی مرتکز تہوں سے بنی ہیں، جو کاربن کے ایٹموں پر مشتمل ہے جو 1D شہد کے چھتے کی جالی میں ترتیب دی گئی ہے۔ گرافین کی چادریں برقی طور پر چلتی ہیں - ان میں موبائل الیکٹران ہوتے ہیں - جب کہ بوران نائٹرائڈ ایک مسدس جالی ساخت ہونے کے باوجود موصلیت کا باعث ہوتا ہے۔

اس فرق نے بوکیٹ اور ساتھیوں کو شک کیا کہ غیر متوقع سلوک کسی نہ کسی طرح ٹیوب کی دیواروں میں الیکٹران کی حالتوں سے جڑا ہوا ہے۔ اسرار میں اضافہ کرنے کے لیے، دوسرے تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ پانی گریفائٹ سے بنے نانوسکل چینلز کے مقابلے گرافین سے بنی نانوسکل چینلز پر تیزی سے بہتا ہے - جو کہ صرف گرافین کی تہہ دار تہہ ہے۔ کاربن نانوٹوب میں گرافین کی مرتکز پرتیں انہیں گریفائٹ جیسا ڈھانچہ دیتی ہیں، لہذا یہ سمجھنے کی کلید ہو سکتی ہے کہ نانوٹوبس کے ذریعے پانی کیسے منتقل ہوتا ہے۔

اس پریشان کن نظریاتی پہیلی کو حل کرنے سے نانوٹوب جھلیوں کے عملی استعمال کے لیے اہم مضمرات ہو سکتے ہیں۔ "اس طرح کے بہاؤ جھلی سائنس میں تمام قسم کے عمل کے مرکز میں ہیں،" کہتے ہیں نکیتا کاووکینمیں ایک طبیعیات دان میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ برائے پولیمر ریسرچ مینز، جرمنی میں۔ "ہم ایسے مواد بنانے کے قابل ہونا چاہتے ہیں جو پانی کی پارگمیتا اور آئن سلیکٹیوٹی کے لحاظ سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کریں۔"

2022 میں بوکیٹ نے کیمسٹ کے ساتھ ایک حل تجویز کیا۔ میری لارے بوکیٹ اور کاووکین (جو اس وقت ENS میں تھے) – کوانٹم رگڑ کا تصور (فطرت، قدرت 602 84)۔ انہوں نے استدلال کیا کہ گریفائٹ کے اوپر بہنے والے پانی کو گرافین کی چادروں کے موبائل الیکٹرانوں میں لہر کی طرح جوش کے ساتھ پانی میں چارج کے اتار چڑھاو کے تعامل سے پیدا ہونے والی ایک قسم کی گھسیٹ کے ذریعہ سست کیا جاسکتا ہے۔

پہلی نظر میں، ایسا لگتا ہے کہ بہت ہلکے الیکٹران بہت زیادہ بھاری ایٹموں اور مالیکیولز کے ساتھ تعامل کریں، بشرطیکہ وہ اتنی مختلف رفتار سے حرکت کریں۔ کاووکائن کا کہنا ہے کہ "بے ہودہ خیال یہ ہے کہ الیکٹران پانی کے مالیکیولز سے زیادہ تیزی سے حرکت کرتے ہیں،" اس لیے وہ کبھی بھی ایک دوسرے سے متحرک طور پر بات نہیں کریں گے۔

الیکٹرانوں اور ایٹموں کی حرکات کے درمیان ٹائم اسکیل میں بڑا فرق تمام بنیادوں پر ہے۔ پیدا ہوا-اوپن ہائیمر کا تخمینہجو ہمیں جوہری حرکات کے اثر کے بارے میں فکر کیے بغیر ایٹموں اور مالیکیولز کی برقی حالتوں کا حساب لگانے دیتا ہے۔ جیسا کہ بوکیٹ نے اعتراف کیا، جب اس نے اور اس کے ساتھی کارکنوں نے پہلی بار اس طرح کے تعامل کے امکان کو تلاش کرنے کا فیصلہ کیا، تو "ہم نے بہت ہی مبہم خیالات کے ساتھ شروعات کی اور پرامید نہیں"۔

لیکن جب محققین نے حساب کیا، تو انھوں نے پایا کہ گریفائٹ میں الیکٹران اور پانی میں موجود مالیکیول ایک دوسرے کو محسوس کرنے کا ایک طریقہ تھا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پانی کے مالیکیولز کی تھرمل حرکتیں جگہ جگہ کثافت میں قلیل مدتی فرق پیدا کرتی ہیں۔ اور چونکہ پانی کے مالیکیول قطبی ہوتے ہیں – ان میں برقی چارج کی غیر متناسب تقسیم ہوتی ہے – یہ کثافت کے اتار چڑھاو اسی چارج کے اتار چڑھاو کو پیدا کرتے ہیں جسے مائع کے اندر ڈیبی موڈ کہتے ہیں۔ گریفائٹ میں الیکٹران کلاؤڈ لہر کی طرح چارج کے اتار چڑھاؤ کو بھی ظاہر کرتا ہے، جو "پلاسمونز" (شکل 2) کے نام سے جانے والے کواسی پارٹیکلز کی طرح برتاؤ کرتے ہیں۔

شماریاتی طبیعیات دان کے مطابق Giancarlo Franzese کی بارسلونا یونیورسٹی، کوانٹم رگڑ کو سمجھنے کی کلید یہ تسلیم کرنا ہے کہ پانی کی خصوصیات کو متعدد جسمانی مسئلہ کے طور پر سمجھا جانا چاہئے: اتار چڑھاو جو ڈیبی طریقوں کا سبب بنتے ہیں وہ اجتماعی ہوتے ہیں، نہ کہ صرف واحد مالیکیول خصوصیات کا مجموعہ۔

بوکیٹ اور ساتھیوں نے پایا کہ گریفائٹ میں پلاسمون لہریں اور پانی میں ڈیبی موڈز تقریباً کئی ٹریلین فی سیکنڈ کی تعدد کے ساتھ ہو سکتے ہیں - ٹیراہرٹز رینج میں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ دونوں کے درمیان گونج ہو سکتی ہے، تاکہ ایک دوسرے سے پرجوش ہو، بالکل اسی طرح جیسے کسی نوٹ کو بلند آواز سے گانا ایک بے داغ پیانو کی تار کو ہلا سکتا ہے اگر اس کی پچ ایک جیسی ہو۔

اس طرح سے، گریفائٹ کی سطح پر بہنے والا پانی گریفائٹ کے اندر پلاسمون میں رفتار کو منتقل کر سکتا ہے اور اس طرح گھسیٹنے کا سامنا کرتے ہوئے سست ہو جاتا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، Born–Oppenheimer approximation یہاں ٹوٹ جاتا ہے: ایک ایسا اثر جسے Bocquet "ایک بہت بڑا سرپرائز" کہتے ہیں۔

اہم بات یہ ہے کہ گریفائٹ میں موجود پلاسمون جو سب سے زیادہ مضبوطی سے پانی کے ساتھ جوڑے جاتے ہیں، اس کی وجہ گریفین شیٹس کے درمیان الیکٹران چھلانگ لگاتے ہیں۔ لہذا وہ گرافین کی ایک شیٹ میں نہیں ہوتے ہیں (شکل 3)۔ یہ، بوکیٹ اور ساتھیوں نے سوچا، اس بات کی وضاحت کریں گے کہ پانی گرافین کے مقابلے گریفائٹ پر زیادہ آہستہ کیوں بہتا ہے - کیونکہ صرف سابقہ ​​صورت میں مضبوط کوانٹم رگڑ ہے۔

لیکن کیا یہ بتائے گا کہ کاربن نانوٹوب میں پانی کے بہاؤ کی شرح ٹیوب کے قطر پر کیسے منحصر ہے؟ تقریباً 100 nm سے زیادہ قطر والے بڑے نانوٹوبس میں، جہاں دیواروں میں نسبتاً کم گھماؤ ہوتا ہے، اسٹیک شدہ گرافین کی تہوں کے درمیان الیکٹرانک ریاستوں کا جوڑا اتنا ہی ہوتا ہے جیسا کہ فلیٹ شیٹس کے ساتھ عام گریفائٹ میں ہوتا ہے، اس لیے پانی کے ذریعے کوانٹم رگڑ کا تجربہ ہوتا ہے۔ بہاؤ اپنی زیادہ سے زیادہ طاقت پر ہے۔

But as the tubes get narrower and their walls become more strongly curved, the electronic interactions between the layers in their walls get weaker, and the layers behave more like independent graphene sheets. Below about 100 nm diameter the quantum friction declines, and if the tubes are narrower than about 20 nm there is none at all – the tubes are as slippery as the classical theories predict. So rather bizarrely, in this case, there seems to be less “quantumness” in the system as it gets smaller.

Rather bizarrely, in this case, there seems to be less “quantumness” in the system as it gets smaller

"لائیڈرک کا کام انتہائی دلچسپ ہے،" کہتے ہیں۔ اینجلس مائیکلائڈزسے ایک نظریاتی کیمسٹ کیمبرج یونیورسٹی برطانیہ میں، جس کے واٹر گرافین انٹرفیس کے تفصیلی کمپیوٹر سمیلیشنز نے اس بات کی تصدیق کی کہ کوانٹم رگڑ ہوتا ہے (نینو لیٹ. 23 580).

کوانٹم رگڑ کی عجیب و غریب خصوصیات میں سے ایک یہ ہے کہ، اس کے کلاسیکی ہم منصب کے برعکس، یہ رشتہ دار حرکت میں دو مادوں کے درمیان براہ راست رابطے پر انحصار نہیں کرتا ہے۔ کوانٹم رگڑ پانی کو سست کردے گا یہاں تک کہ اگر اس کے اور کاربن نانوٹوب کے درمیان ویکیوم کی پتلی پرت ہو۔ سینڈرا ٹرائین سے کیلی فورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے پاساڈینا میں، جو انٹرفیس کے سیال میکانکس کا مطالعہ کرتے ہیں، کہتے ہیں کہ یہ "فاصلے پر رگڑ" کا تعلق ایک بہت پہلے کے خیال سے ہے جسے 1989 میں روسی ماہر طبیعیات لیونیڈ لیویٹوف نے تجویز کیا تھا۔ای پی ایل 8 499).

ایٹموں کے ارد گرد الیکٹران کی تقسیم میں اتار چڑھاؤ کا مطلب ہے کہ نیوٹرل ایٹم، مالیکیولز اور مواد ایک دوسرے پر کمزور الیکٹرو سٹیٹک قوت لگا سکتے ہیں جسے وان ڈیر والز فورس کہتے ہیں۔ لیویٹوف نے استدلال کیا کہ یہ ایک دوسرے سے گزرنے والی اشیاء پر ایک گھسیٹ پیدا کر سکتا ہے، یہاں تک کہ جب خلا سے الگ ہو جائیں۔ "لیویٹوف نے یہ تجویز کر کے پوری تصوراتی گیند کو حرکت میں لایا کہ فاصلے پر کام کرنے والے کوانٹم اثرات براہ راست جسمانی رابطے کے بغیر رگڑ والی قوت پیدا کر سکتے ہیں،" ٹروئن کہتے ہیں۔

نانوسکل پلمبنگ

نظریہ میں یہ سب اچھا لگتا ہے، لیکن کیا اس خیال کو تجرباتی امتحان میں ڈالا جا سکتا ہے؟ ایسا کرنے کے لیے، Kavokine کے ساتھ مل کر کام کیا ہے۔ میشا بونمینز میں بھی، پانی کی حرکیات کی تحقیقات کے لیے سپیکٹروسکوپی استعمال کرنے کا ماہر۔ سب سے پہلے، بون نے اعتراف کیا، وہ مشکوک تھا۔ "میں پسند کرتا تھا، لوگو، یہ واقعی ایک عمدہ نظریہ ہے، لیکن ایسا کوئی طریقہ نہیں ہے کہ آپ اسے کمرے کے درجہ حرارت پر دیکھیں گے۔" لیکن وہ اسے آزمانے پر راضی ہوگیا۔

"رگڑ رفتار کی منتقلی ہے،" بون کی وضاحت کرتا ہے۔ "لیکن ہم اس کی پیمائش کیسے کر سکتے ہیں؟ ٹھیک ہے، میں توانائی کی منتقلی کی پیمائش کر سکتا ہوں - یہ وہی ہے جو ہم عام طور پر سپیکٹروسکوپی میں کرتے ہیں۔ لہذا کاووکین نے کوانٹم رگڑ کے نظریہ کو دوبارہ لکھا تاکہ اس نے رفتار کی منتقلی کے بجائے توانائی کی منتقلی کی مقدار درست کردی۔ پھر وہ یہ دیکھنے کے لیے نکلے کہ آیا وہ الیکٹران اور پانی کی حرکیات کے درمیان ایسی توانائی کی منتقلی کو دیکھ سکتے ہیں۔

حسابات نے پیش گوئی کی کہ کوانٹم رگڑ گریفائٹ کے مقابلے گرافین میں کمزور ہے، لیکن بون کی ٹیم نے گرافین کے ساتھ ایک تجربہ وضع کیا کیونکہ وہ پہلے ہی اس کی الیکٹران حرکیات کا مطالعہ کر چکے تھے۔ بون وضاحت کرتا ہے کہ گرافین مونولیئر میں جہاز کے اندر ایک پلازمون ہوتا ہے جس میں پانی کے اتار چڑھاو جوڑ سکتے ہیں، اس لیے کوانٹم رگڑ اب بھی موجود ہونا چاہیے، حالانکہ یہ گریفائٹ کے مقابلے میں کمزور اثر ہوگا۔

محققین نے پانی میں ڈوبی ہوئی گرافین کی ایک شیٹ میں الیکٹرانوں کو اکسانے کے لیے آپٹیکل لیزر دالیں استعمال کیں، جس کے نتیجے میں اچانک "الیکٹرانک درجہ حرارت" بڑھ گیا تاکہ یہ پانی کے ساتھ توازن سے باہر ہو (نیچر نینو ٹیکنالوجی۔ 18 898)۔ بون کا کہنا ہے کہ "کولنگ کا ایک مخصوص وقت ہوتا ہے،" اسے ویکیوم میں ٹھنڈک کی شرح سمجھا جاتا ہے۔ "لیکن اگر توانائی کی اہم منتقلی ہے [گرافین پلاسمون اور پانی کے ڈیبی طریقوں کے درمیان] تو جب پانی موجود ہو تو ٹھنڈک کی شرح میں اضافہ ہونا چاہیے۔"

اور بالکل وہی جو انہوں نے دیکھا۔ جیسے جیسے الیکٹران ٹھنڈے ہوتے ہیں، ٹیرا ہرٹز فریکوئنسی رینج میں روشنی کو جذب کرنے کی ان کی صلاحیت بڑھ جاتی ہے۔ ابتدائی دلچسپ لیزر نبض کے بعد مختلف اوقات میں فائر ہونے والی ٹیرا ہرٹز دالوں کے جذب کی نگرانی کرکے، بون اور ساتھی کولنگ کی شرح کا اندازہ لگا سکتے ہیں۔ اس صورت میں، ایسا لگتا ہے کہ پانی اور الیکٹران کے درمیان توانائی کی منتقلی ہوتی ہے - کوانٹم رگڑ کا ایک دستخط - یہاں تک کہ گرافین کے صرف ایک monolayer کے لیے (شکل 4)۔

اس کے برعکس، جب گرافین کو میتھانول یا ایتھنول میں ڈبویا جاتا تھا، تو الیکٹران کی ٹھنڈک کی شرح ویکیوم کی نسبت سست تھی۔ یہ قطبی مائعات ہیں لیکن ان میں مناسب تعدد پر ڈیبی موڈ نہیں ہوتے ہیں، اور یہ صرف الیکٹرانوں کے تھرمل ریلیکس کو روکتے ہیں۔

"میری ابتدائی جبلتیں غلط تھیں،" بون نے خوشی سے تسلیم کیا، "لہٰذا جب اس نے کام کیا تو یہ ایک بہت ہی خوشگوار حیرت تھی۔" لیکن جب وہ کہتا ہے کہ نتائج نظریاتی پیشین گوئیوں کے ساتھ مقداری طور پر مطابقت رکھتے ہیں، اسے حاصل کرنے کے لیے مزید تجربات کی ضرورت ہے۔ مزید یہ کہ انہوں نے اب تک بلک واٹر کے رابطے میں صرف فلیٹ گرافین شیٹس کو دیکھا ہے۔ وہ کہتے ہیں، ’’ہم واقعی نانو کنفینڈ پانی میں جانا چاہتے ہیں،‘‘ وہ کہتے ہیں - ایک توسیع جو انہوں نے پہلے ہی شروع کر دی ہے۔

ایک پائپ خواب سے آگے

کیا کوانٹم رگڑ کو اچھے استعمال میں لایا جا سکتا ہے؟ کاووکائن کو اس کی امید ہے، اور اس نے ایسا کرنے کی کوششوں کو بیان کرنے کے لیے "کوانٹم پلمبنگ" کی اصطلاح بنائی ہے۔ "ہم دیکھ سکتے ہیں کہ مکینیکل کام [جیسے سیال کا بہاؤ] براہ راست الیکٹرانک حرکت سے بات کر سکتا ہے،" بوکیٹ کہتے ہیں۔ "مثال کے طور پر، اگر آپ کسی مائع کو حرکت دیتے ہیں، تو آپ الیکٹرانک کرنٹ لگا سکتے ہیں۔"

محققین اب اس بارے میں سوچ رہے ہیں کہ مکینیکل کام اور الیکٹران موشن کے درمیان توانائی کے براہ راست تبادلوں کا فائدہ کیسے اٹھایا جائے - مثال کے طور پر، الیکٹرانک کرنٹ پیدا کرنے کے لیے فضلہ کے بہاؤ کی توانائی کو حاصل کرکے، یا بہاؤ کی شرح کو تبدیل کرنے کے لیے الیکٹرانک کنٹرول کا استعمال کرتے ہوئے اور اس طرح نانوسکل والوز یا پمپ "یہ ناممکن نہیں ہے،" بون نے تصدیق کی۔

کاووکائن بتاتے ہیں کہ حیاتیاتی نظام ہیں – پروٹین کی عمدہ ساختی ٹیون ایبلٹی کی بدولت – بہت چھوٹے پیمانے پر بہاؤ کو کنٹرول کرنے میں بہت اچھے ہیں۔ جب کہ وہ سوچتا ہے کہ اس بات کا "امکان نہیں" کہ کوئی بھی ساختی ٹیون ایبلٹی کی اس حد کو حاصل کر سکتا ہے، "[ہمارا کام] ظاہر کرتا ہے کہ ہم بہت مختلف فزکس کے ساتھ ملتے جلتے افعال کو حاصل کرنے کے لیے الیکٹرانک ٹیون ایبلٹی کے بجائے کھیل سکتے ہیں" - جسے وہ "اینٹی بایومیٹک روٹ" کہتے ہیں۔ نینو انجینئرنگ کو بہاؤ۔

فرانزیز کا کہنا ہے کہ کم رگڑ والے مواد بنانے کے لیے کوانٹم رگڑ کو سمجھنا مفید ہو سکتا ہے۔ وہ کہتے ہیں، "چکنے والے مادوں کو اکثر حل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، لیکن ان میں سے بہت سے پائیدار نہیں ہوتے،" وہ کہتے ہیں - لہذا اندرونی طور پر کم رگڑ کے ساتھ مواد کو ڈیزائن کرنا ایک بہتر آپشن ہوگا۔ مزید یہ کہ پانی کی نوعیت پر غور کرنے کے نقطہ نظر – ٹھوس انٹرفیس کو ایک بہت سے جسمانی مسئلہ کے طور پر "دوسرے شعبوں جیسے فلٹرنگ اور سیال مرکب کی علیحدگی میں مضمرات ہو سکتے ہیں"۔

سردی: طبیعیات دانوں نے لیزر کولنگ کے ساتھ ذرات کو جوڑ توڑ اور منتقل کرنا کیسے سیکھا۔

دریں اثنا، Michaelides اور Bocquet گریفائٹ کی ایک شیٹ کے الیکٹرانک اتیجیت کو ایک بیچوان کے طور پر استعمال کرنے کے خیال کو تلاش کر رہے ہیں تاکہ اس کے دونوں طرف دو بہاؤ کو بات چیت کرنے کی اجازت دی جا سکے، اس طرح کہ ایک دوسرے کو آمادہ کر سکتا ہے: جسے وہ بہاؤ سرنگ کہتے ہیں۔ ان کی نقلیں ظاہر کرتی ہیں کہ اصولی طور پر یہ ممکن ہونا چاہیے۔

"میں اس کام کے بہت سے اہم ایپلی کیشنز کا تصور کرتا ہوں [کوانٹم رگڑ پر]،" ٹروئن کہتے ہیں، "حیاتیاتی نظام سے لے کر جھلیوں پر مبنی علیحدگی، صاف کرنے، مائع بیٹریاں، نانو مشینیں اور بہت کچھ شامل ہیں۔"

قطع نظر اس کے کہ کوانٹم پلمبر آخر کار کیا پیدا کرتے ہیں، جیسا کہ بوکیٹ نے صفائی کے ساتھ نتیجہ اخذ کیا، "یہ ایک بہت اچھا کھیل کا میدان ہے"۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale/