دو جہتی (2D) مواد، جو کہ ایٹموں کی ایک پرت پر مشتمل ہے، عام طور پر جدید چھوٹے آلات میں استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، ڈیوائس کا آپریشن درجہ حرارت میں خاطر خواہ اضافہ اور تھرمل تناؤ کا باعث بن سکتا ہے، جس کی وجہ سے ڈیوائس کی خرابی ہو سکتی ہے۔
درجہ حرارت بڑھنے پر 2D مواد کیسے پھیلتا ہے اس کی ناقص سمجھ کی وجہ سے ایسا مسئلہ پیدا ہوتا ہے۔ یہ مواد پتلے اور نظری طور پر شفاف ہوتے ہیں، اس لیے ان کے تھرمل ایکسپینشن کوفیشینٹ (TEC) کو معیاری طریقوں سے پیمائش کرنا تقریباً ناممکن ہے۔ اس طرح کے تھرمل چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ تھرمل ایکسپینشن کوفیشینٹ (TEC) کی اچھی سمجھ ہو۔
ایک نئی ایم ائی ٹی مطالعہ ایک نئی تکنیک پر روشنی ڈالتا ہے جس کی درست طریقے سے پیمائش کی جاتی ہے کہ گرم ہونے پر ایٹم سے پتلا مواد کیسے پھیلتا ہے۔ براہ راست پیمائش کرنے کے بجائے کہ مواد کس طرح پھیلتا ہے، انہوں نے مواد کے ایٹموں کی کمپن کو ٹریک کرنے کے لیے لیزر لائٹ کا استعمال کیا۔ انہوں نے تھرمل ایکسپینشن گتانک کو اسی کی پیمائش کرکے درست طریقے سے ناپا 2D مواد تین مختلف سطحوں یا ذیلی جگہوں پر۔
یہ طریقہ انتہائی درست ہے، ایسے نتائج حاصل کرتا ہے جو نظریاتی حسابات سے میل کھاتا ہے۔ نقطہ نظر اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ 2D مواد کے TECs پہلے کی سوچ سے کہیں زیادہ تنگ رینج میں آتے ہیں۔ یہ معلومات انجینئرز کو ڈیزائن کرنے میں مدد کر سکتی ہے۔ اگلی نسل کے الیکٹرانکس.
شریک سرکردہ مصنف اور مکینیکل انجینئرنگ کے سابق گریجویٹ طالب علم Lenan Zhang SM '18, Ph.D. '22، جو اب ایک ریسرچ سائنسدان ہیں، نے کہا، "اس تنگ فزیکل رینج کی تصدیق کرکے، ہم انجینئرز کو ڈیوائس ڈیزائن کرتے وقت نیچے والے سبسٹریٹ کو منتخب کرنے کے لیے بہت زیادہ مادی لچک فراہم کرتے ہیں۔ انہیں تھرمل تناؤ کو کم کرنے کے لیے ایک نیا نیچے سبسٹریٹ وضع کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ ہمیں یقین ہے کہ اس کے الیکٹرانک ڈیوائس اور پیکیجنگ کمیونٹی کے لیے اہم مضمرات ہیں۔
سائنسدانوں نے 2D مواد بنانے والے ایٹموں پر توجہ مرکوز کرکے مسئلہ حل کیا۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، اس کے ایٹم کم فریکوئنسی پر ہلتے ہیں اور دور دور تک جاتے ہیں۔ یہ مواد کو پھیلانے کا سبب بنتا ہے.
ایک تکنیک کہلاتی ہے۔ مائیکرو رامن سپیکٹروسکوپی ان کمپن کی پیمائش کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ طریقہ کار میں مواد کو لیزر سے مارنا شامل ہے۔ ہلنے والے ایٹم لیزر کی روشنی کو بکھرتے ہیں، اور اس تعامل کو ان کی کمپن فریکوئنسی کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
تاہم، 2D مواد کے ایٹم کمپن میں تبدیل ہوتے ہیں جیسے جیسے سبسٹریٹ پھیلتا ہے یا سکڑتا ہے۔ مادے کی اندرونی خصوصیات پر توجہ مرکوز کرنے کے لیے، سائنسدانوں کو اس ذیلی اثر کو دوگنا کرنے کی ضرورت ہے۔ تین مختلف ذیلی ذخیروں پر — کاپر، جس میں ٹی ای سی زیادہ ہے، فیوزڈ سیلیکا، جس میں ٹی ای سی کم ہے۔ اور کئی خوردبین سوراخوں کے ساتھ ایک سلیکون سبسٹریٹ — انہوں نے اسی 2D مواد کی کمپن فریکوئنسی کی پیمائش کی۔ وہ فری اسٹینڈنگ مواد کے ان چھوٹے علاقوں کی پیمائش کر سکتے ہیں کیونکہ 2D مواد بعد کے سبسٹریٹ کے سوراخوں کے اوپر منڈلاتا ہے۔
بعد میں، سائنسدانوں نے درجہ حرارت کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کے لیے ہر سبسٹریٹ کو تھرمل اسٹیج پر رکھا، ہر نمونے کو گرم کیا، اور مائیکرو رامن سپیکٹروسکوپی کی گئی۔
نتائج نے کچھ غیر متوقع طور پر بھی دکھایا: 2D مواد ان عناصر کی بنیاد پر ایک درجہ بندی میں گر گیا جو ان پر مشتمل ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 2D مواد جس میں molybdenum ہوتا ہے اس میں ہمیشہ tungsten کے مقابلے میں زیادہ TEC ہوتا ہے۔
جب سائنس دان گہرائی میں کھودتے ہیں، تو انہیں معلوم ہوتا ہے کہ اس درجہ بندی کا نتیجہ ایک بنیادی جوہری خاصیت سے نکلتا ہے جسے الیکٹرونگیٹیویٹی کہا جاتا ہے۔
مکینیکل انجینئرنگ میں گریجویٹ طالب علم یانگ ژونگ نے کہا، "انہوں نے پایا کہ 2D مواد بنانے والے عناصر کی الیکٹرونگیٹیویٹی کے درمیان جتنا بڑا فرق ہوگا، مواد کا تھرمل ایکسپینشن گتانک اتنا ہی کم ہوگا۔ ایک انجینئر پیچیدہ حسابات پر انحصار کرنے کے بجائے کسی بھی 2D مواد کے لیے TEC کا تیزی سے اندازہ لگانے کے لیے اس طریقہ کو استعمال کر سکتا ہے جسے عام طور پر سپر کمپیوٹر کے ذریعے کچلنا چاہیے۔
جانگ نے کہا, "ایک انجینئر صرف متواتر جدول کو تلاش کر سکتا ہے، متعلقہ مواد کی الیکٹرونگیٹیویٹی حاصل کر سکتا ہے، انہیں ہمارے ارتباطی مساوات میں لگا سکتا ہے، اور ایک منٹ کے اندر، وہ TEC کا معقول حد تک اچھا اندازہ لگا سکتا ہے۔ یہ انجینئرنگ ایپلی کیشنز کے لیے تیز رفتار مواد کے انتخاب کے لیے بہت امید افزا ہے۔
سائنسدان اب اپنی تکنیک کو مزید 2D مواد پر استعمال کرنے کی منصوبہ بندی کر رہے ہیں۔ وہ اب TECs کا ڈیٹا بیس بنانا چاہتے ہیں۔
جرنل ریفرنس:
- یانگ ژونگ، لینن ژانگ وغیرہ۔ دو جہتی ٹرانزیشن میٹل ڈیچلکوجینائیڈ مونولیئرز کی تھرمل توسیع کے لیے ایک متحد نقطہ نظر اور وضاحت کنندہ۔ سائنس کی ترقی۔ DOI: 10.1126/sciadv.abo3783
