کرسٹل لائن مواد 3D میں الیکٹرانوں کو پھنستا ہے - فزکس ورلڈ

طبیعیات دانوں نے پہلی بار تین جہتی مواد میں ایک الیکٹرانک ڈھانچہ تیار کیا ہے جسے فلیٹ بینڈ کہا جاتا ہے۔ فلیٹ بینڈ کو پائروکلور نامی کرسٹل کے اندر ایک الیکٹران کو پھنسا کر بنایا گیا تھا، اور اس کی قیادت ایک بین الاقوامی ٹیم کر رہی تھی۔ جوزف چیکلسکی اور ریکارڈو کامن کی میساچیٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (ایم آئی اے), US، نے اسے مواد کو سپر کنڈکٹر میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا۔ سپر کنڈکٹیویٹی کے ساتھ ساتھ، مواد دیگر طبیعیات کے مطالعہ کے لیے ایک پلیٹ فارم پیش کر سکتا ہے جو مضبوطی سے منسلک الیکٹرانوں سے پیدا ہوتا ہے، بشمول مقناطیسیت کی نئی شکلیں اور الیکٹرانک توازن توڑنا۔ مزید کیا ہے، ٹیم کا کہنا ہے کہ فلیٹ بینڈ ریاست، اصولی طور پر، ایٹموں کے دوسرے مجموعوں میں ظاہر ہو سکتی ہے، بشرطیکہ ایٹم ایک ایسی ترتیب پر قابض ہوں جسے لائن گراف جالی کہا جاتا ہے۔

فلیٹ الیکٹرانک بینڈ طبیعیات دانوں کے لیے دلچسپ ہیں کیونکہ الیکٹران ان بینڈوں میں "منتشر" ہو جاتے ہیں - یعنی ان کی حرکی توانائی کو مکمل طور پر دبا دیا جاتا ہے تاکہ وہ مادی جالیوں میں اتنی آزادانہ حرکت نہ کر سکیں۔ جیسے جیسے الیکٹران تقریباً رک جاتے ہیں، وہ جالی میں مخصوص مقامات پر مقامی ہو جاتے ہیں اور مربوط طریقوں سے ایک دوسرے کے ساتھ مضبوطی سے بات چیت کرنا شروع کر دیتے ہیں۔ اس کے کئی جسمانی نتائج ہوتے ہیں۔ ان میں سے یہ ہے کہ الیکٹرانوں کا موثر ماس لامحدودیت تک پہنچتا ہے، جو غیر ملکی ٹاپولوجیکل مظاہر اور اعلی درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی، مقناطیسیت اور ٹھوس کی دیگر کوانٹم خصوصیات سے وابستہ مادے کی مضبوطی سے مربوط ریاستیں پیدا کرتا ہے۔

اگرچہ محققین اس سے پہلے 2D مواد میں فلیٹ بینڈ ریاستیں بنا چکے ہیں، لیکن ان ریاستوں کو 3D میں برقرار رکھنا مشکل ثابت ہوا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ الیکٹران جو تیسری جہت کے ذریعے 2D "فرار" میں پھنس گئے ہیں۔

کاگوم جالی

پچھلی تحقیق میں، چیکلسکی اور کومن کی سربراہی میں محققین نے 2D کاگوم جالی میں پھنسے ہوئے الیکٹرانوں کا مشاہدہ کیا - ایک پیٹرن جو آپس میں جڑے ہوئے، کونے میں اشتراک کرنے والی مثلثوں سے تشکیل پاتا ہے۔ اس جالی میں، جسے روایتی جاپانی ٹوکریوں میں نظر آنے والی اسی طرح کی ساخت کے نام پر رکھا گیا ہے، الیکٹران مثلث کے درمیان ہیکساگونل جگہ کے ساتھ محدود ہو جاتے ہیں۔ تاہم، جبکہ الیکٹران 2D کاگوم جالی کے پار نہیں جا سکتے، وہ اس سے اوپر اور باہر نکل سکتے ہیں۔

ٹیم نے اب ایک 3D جالی مواد میں فلیٹ بینڈ حالت بنا کر اس کا تدارک کیا ہے، CaNi₂. یہ مواد، جسے تکنیکی طور پر C15 Laves فیز میٹل کے نام سے جانا جاتا ہے، ایک پائروکلور میں ترتیب دیے گئے نکل ایٹموں پر مشتمل ہے، جو ایک 3D ساختی ترتیب ہے جو کیوبز کے دہرائے جانے والے پیٹرن سے بنا ہے۔ ہر مکعب کا چہرہ کاگوم جالی سے مشابہت رکھتا ہے اور الیکٹران اپنے ارد گرد موجود ایٹم "سکافولڈنگ" کی جیومیٹری سے پھنس جاتے ہیں۔

"جب الیکٹران بیک وقت اس جال سے باہر نکلنے کی کوشش کرتے ہیں، تو وہ نکلتے وقت ایک دوسرے سے ٹکرا جاتے ہیں اور ان کی کوانٹم مکینیکل رفتار خود کو تباہ کر دیتی ہے،" کامن بتاتے ہیں۔ "یہ اثر اس لیے ہوتا ہے کہ الیکٹران صرف پڑوسی ایٹم کی طرف لپک کر ہی بچ سکتے ہیں لیکن ایٹموں کی ہندسی ترتیب انہیں ایک دوسرے سے تباہ کن طور پر ٹکرانے پر مجبور کرتی ہے تاکہ وہ آخر کار جال میں رہنے پر مجبور ہو جائیں۔"

توانائی کا ایک ہی فلیٹ بینڈ

محققین نے کرسٹل میں انفرادی الیکٹران کی توانائی کی پیمائش کرکے اپنے نتائج کی تصدیق کی تاکہ یہ ظاہر کیا جا سکے کہ وہ سب ایک ہی فلیٹ بینڈ میں گرے۔ انہوں نے یہ ایک ٹارگٹڈ تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے کیا جسے زاویہ سے حل شدہ فوٹو ایمیشن سپیکٹروسکوپی (ARPES) کہا جاتا ہے۔ یہاں، روشنی کا ایک فوٹون 3D مواد کی ناہموار سطح پر مخصوص مقامات پر مرکوز ہے۔ جواب میں، مواد ایک واحد الیکٹران کا اخراج کرتا ہے، اور اس الیکٹران کی توانائی کو پھر ایک ڈیٹیکٹر کا استعمال کرتے ہوئے درست طریقے سے ماپا جا سکتا ہے۔ اس تکنیک نے محققین کو مواد کی سطح پر انفرادی الیکٹرانوں کی توانائیوں کو "نقشہ" بنانے کے قابل بنایا - ایسی چیز جو معیاری فوٹو اخراج کے تجربات کے ساتھ ممکن نہیں ہوگی۔

طبیعیات دان الیکٹران کے 'ٹپوولوجیکل اسپن' کی پیمائش کرتے ہیں۔

ایک مزید تجربے میں، ٹیم نے اسی کرسٹل جیومیٹری کو نکل کے بجائے روڈیم اور روتھینیم کے ایٹموں کے ساتھ ترکیب کرکے متعلقہ الیکٹرانوں کو جوڑ دیا۔ انہوں نے حساب لگایا کہ یہ ڈھانچہ الیکٹرانوں کی فلیٹ بینڈ توانائی کو صفر پر منتقل کرتا ہے، جو الیکٹرانوں کے جوڑے کے طور پر سپر کنڈکٹیوٹی کا باعث بنتا ہے۔

کامن کا کہنا ہے کہ یہ دریافت طبیعیات دانوں کو کوانٹم مواد کی نئی کلاسیں ڈیزائن اور تخلیق کرنے کے قابل بنائے گی۔ "سپر کنڈکٹرز وہ کوانٹم مواد ہیں، جہاں الیکٹران ایک کوانٹم 'کوریوگرافی' کا ادراک کرنے کے لیے اجتماعی طور پر کام کرتے ہیں جو مختلف غیر ملکی مظاہر کا ترجمہ کرتا ہے جو عام مواد سے ظاہر نہیں ہوتے،" وہ کہتے ہیں۔ مثال کے طور پر، وہ بغیر کھپت کے برقی کرنٹ کے بہاؤ کا حوالہ دیتا ہے (صفر مزاحمت)؛ مقناطیسی لیویٹیشن (کامل ڈائی میگنیٹزم، یا میسنر اثر) اور کوانٹم مداخلت اور جوزفسن اثر کے ذریعے کوانٹم آلات کا ادراک۔

3D فلیٹ بینڈز کی دریافت ڈیزائن کے قواعد کے ایک نئے سیٹ کو بھی قابل بناتی ہے جو کامن کا کہنا ہے کہ کوانٹم سالڈز کے کھیل کے میدان کو وسیع اور متنوع بنائے گا، بشمول دیگر قسم کے مواد کے درمیان سپر کنڈکٹرز۔ ٹیم اب دوسرے مواد میں ایسے جالی سے پیدا ہونے والے فلیٹ بینڈ کا مطالعہ کرنے کا ارادہ رکھتی ہے۔

میں اپنے موجودہ کام کی اطلاع دیتے ہیں۔ فطرت، قدرت

• 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/crystalline-material-traps-electrons-in-3d/