مادّی اور نینو ٹیکنالوجی ماہرینِ طبیعات کے لیے فروغ پزیر میدان ہیں، جو اکثر کیمیا دانوں، ماہرینِ حیاتیات، انجینئرز اور یقیناً مادّی سائنسدانوں کے ساتھ تعاون سے فائدہ اٹھاتے ہیں۔ یہ مواد اور نینو ٹیکنالوجی کے بارے میں لکھنے کے لیے دلچسپ بناتا ہے، اور یہ سال بھی اس سے مستثنیٰ نہیں رہا۔ یہاں ہمارے کچھ پسندیدہ مواد اور نینو ٹیکنالوجی کی تحقیقی کہانیوں کا انتخاب ہے جو ہم نے 2022 میں شائع کی تھیں۔
جانداروں کے ساتھ نینو میٹریلز کا انضمام ایک گرما گرم موضوع ہے، یہی وجہ ہے کہ "وراثت میں ملنے والی نانوبیونکس" پر یہ تحقیق ہماری فہرست میں شامل ہے۔ ارڈیمس بوگھوسیان سوئٹزرلینڈ میں EPFL میں اور ساتھیوں نے دکھایا ہے کہ بعض بیکٹیریا سنگل دیواروں والے کاربن نانوٹوبس (SWCNTs) کو لے لیں گے۔ مزید یہ کہ جب بیکٹیریا کے خلیے تقسیم ہو جاتے ہیں، SWCNTs بیٹیوں کے خلیوں میں تقسیم ہو جاتے ہیں۔ ٹیم نے یہ بھی پایا کہ SWCNTs پر مشتمل بیکٹیریا روشنی سے روشن ہونے پر نانوٹوبس کے بغیر بیکٹیریا کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ بجلی پیدا کرتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، اس تکنیک کو زندہ شمسی خلیوں کو بڑھانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو کہ صاف توانائی پیدا کرنے کے ساتھ ساتھ مینوفیکچرنگ کے لیے منفی کاربن فوٹ پرنٹ بھی رکھتے ہیں۔
دنیا کے ثقافتی ورثے کا زیادہ تر حصہ مادی شکل میں موجود ہے اور سائنسدان ماضی کو مستقبل کی نسلوں کے لیے محفوظ کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ سوئٹزرلینڈ اور جرمنی میں محققین نے zwischgold میں ڈھکی ہوئی قرون وسطیٰ کی اشیاء کو بحال کرنے میں مدد کے لیے ایک جدید، غیر جارحانہ امیجنگ تکنیک کا استعمال کیا ہے۔ یہ ایک انتہائی نفیس مواد ہے جس میں سونے کی ایک الٹراتھین تہہ ہوتی ہے جسے چاندی کی موٹی تہہ کی حمایت حاصل ہوتی ہے۔ Zwischgold صدیوں کے دوران بگڑ رہا ہے، لیکن ماہرین کو اس کی اصل ساخت کے بارے میں یقین نہیں تھا اور یہ وقت کے ساتھ کس طرح تبدیل ہوتا ہے، جس سے بحالی مشکل ہو جاتی ہے۔ اب، میں کنگ وو کی قیادت میں ایک ٹیم یونیورسٹی آف اپلائیڈ سائنسز اینڈ آرٹس آف ویسٹرن سوئٹزرلینڈ اور بینجمن واٹس پال شیرر انسٹی ٹیوٹ میں یہ ظاہر کرنے کے لیے ایک اعلی درجے کی ایکس رے ڈفریکشن تکنیک کا استعمال کیا گیا ہے کہ zwischgold میں سونے کی پتی کے مقابلے میں 30 nm موٹی سونے کی تہہ ہے، جو عام طور پر 140 nm ہوتی ہے۔ انہوں نے یہ بھی بصیرت حاصل کی کہ کس طرح مواد سطحوں سے الگ ہونا شروع ہوتا ہے۔
"ونڈر میٹریل" کی اصطلاح شاید زیادہ استعمال کی گئی ہے، لیکن یہاں طبیعیات کی دنیا ہمارے خیال میں یہ پیرووسکائٹس کی ایک مناسب وضاحت ہے - ایسی خصوصیات کے ساتھ سیمی کنڈکٹر مواد جو انہیں شمسی خلیات بنانے کے لیے موزوں بناتے ہیں۔ تاہم، پیرووسکائٹ ڈیوائسز کے منفی پہلو ہیں، جن میں سے کچھ سطحی نقائص اور آئن کی منتقلی سے متعلق ہیں۔ یہ مسائل گرمی اور نمی کی وجہ سے بڑھ جاتے ہیں - وہ حالات جو عملی شمسی خلیوں کو برداشت کرنا ہوں گے۔ ابھی، اسٹیفن ڈی وولف سعودی عرب کی کنگ عبداللہ یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی میں اور ان کے ساتھیوں نے 2D اور 3D تہوں سے بنا ایک پیرووسکائٹ ڈیوائس بنایا ہے جو گرمی اور نمی کے خلاف زیادہ مزاحم ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ 2D پرتیں ایک رکاوٹ کے طور پر کام کرتی ہیں، جو پانی اور آئن دونوں کی منتقلی کو آلے کے 3D حصوں کو متاثر کرنے سے روکتی ہیں۔
کونیی رفتار کا تحفظ طبیعیات کا سنگ بنیاد ہے۔ یہی وجہ ہے کہ سائنس دان کچھ میگنےٹس میں گھماؤ کی قسمت کے بارے میں حیران تھے، جو الٹرا شارٹ لیزر دالوں کے ذریعے مواد پر بمباری کے وقت غائب ہوتے دکھائی دیتے ہیں۔ اب، میں محققین جرمنی میں کونسٹانز یونیورسٹی نے پایا ہے کہ یہ "کھوئی ہوئی" کونیی رفتار درحقیقت الیکٹران سے مواد کی کرسٹل جالی کے کمپن میں چند سو فیمٹو سیکنڈز میں منتقل ہوتی ہے۔ مقناطیسی مواد پر فائر کرنے والی لیزر دالیں ڈیٹا کو ذخیرہ کرنے اور بازیافت کرنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں، اس لیے یہ سمجھنا کہ کس طرح کونیی مومینٹم منتقل ہوتا ہے اسٹوریج کے بہتر نظام کا باعث بن سکتا ہے۔ کونسٹانز کا تجربہ اسپن میں ہیرا پھیری کے نئے طریقوں کی ترقی کا باعث بھی بن سکتا ہے – جس سے اسپنٹرونک آلات کی ترقی میں فائدہ ہو سکتا ہے۔
حیرت انگیز مواد کی بات کرتے ہوئے، 2022 کیوبک بوران آرسنائیڈ کا سال تھا۔ اس سیمی کنڈکٹر میں دو تکنیکی لحاظ سے اہم خصوصیات ہونے کی پیش گوئی کی گئی تھی - ہائی ہول موبلٹی اور ہائی تھرمل چالکتا۔ ان دونوں پیشین گوئیوں کی اس سال تجرباتی طور پر تصدیق ہوئی تھی اور جن محققین نے ایسا کیا تھا وہ ہمارے ہاں اعزاز یافتہ ہیں۔ 10 کی ٹاپ 2022 کامیابیاں. لیکن یہ اس سال کے آخر میں وہیں نہیں رکا۔ اسامہ چوہدری اور یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سانتا باربرا، اور ہیوسٹن یونیورسٹی کے ساتھیوں نے اس بات کی تصدیق کرنے کے لیے الٹرا فاسٹ الیکٹران مائیکروسکوپی سکیننگ کا استعمال کیا کہ کیوبک بوران آرسنائیڈ میں "گرم" الیکٹران کی عمر طویل ہے۔ یہ ایک اور انتہائی مطلوبہ خاصیت ہے جو سولر سیلز اور لائٹ ڈیٹیکٹرز کی نشوونما میں کارآمد ثابت ہو سکتی ہے۔
ایک اندازے کے مطابق عالمی سطح پر استعمال ہونے والی تمام بجلی کا 20% روایتی بخارات-کمپریشن ریفریجریشن اور ایئر کنڈیشنگ پر خرچ ہوتا ہے۔ مزید برآں، ان نظاموں میں استعمال ہونے والے ریفریجرینٹس طاقتور گرین ہاؤس گیسیں ہیں جو گلوبل وارمنگ میں اہم کردار ادا کرتی ہیں۔ نتیجے کے طور پر، سائنسدان زیادہ ماحول دوست ریفریجریشن سسٹم تیار کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ ابھی، پینگ وو اور شنگھائی ٹیک یونیورسٹی کے ساتھیوں نے ایک ٹھوس ریاست کیلورک کولنگ سسٹم بنایا ہے جو کسی مواد میں تناؤ پیدا کرنے کے لیے مقناطیسی فیلڈز کے بجائے برقی میدانوں کا استعمال کرتا ہے۔ یہ ضروری ہے کیونکہ برقی میدان مقناطیسی شعبوں کے مقابلے میں لاگو کرنے میں بہت آسان اور بہت سستے ہیں۔ مزید کیا ہے، اثر کمرے کے درجہ حرارت پر ہوتا ہے - جو کہ ایک عملی کولنگ سسٹم کے لیے ایک اہم ضرورت ہے۔
ہم اس سال کے راؤنڈ اپ میں ایک اور حیرت انگیز مواد کو نچوڑنے جا رہے ہیں، اور وہ ہے جادوئی زاویہ گرافین۔ یہ اس وقت پیدا ہوتا ہے جب گرافین کی تہوں کو ایک دوسرے کے نسبت گھمایا جاتا ہے، ایک Moiré superlattice بناتا ہے جس میں خصوصیات کی ایک حد ہوتی ہے جو موڑ کے زاویہ پر منحصر ہوتی ہے۔ ابھی، جیا لی۔ اور امریکہ کی براؤن یونیورسٹی کے ساتھیوں نے ایک ایسا مواد بنانے کے لیے جادوئی زاویہ والے گرافین کا استعمال کیا ہے جو مقناطیسیت اور سپر کنڈکٹیویٹی دونوں کو ظاہر کرتا ہے - ایسی خصوصیات جو عام طور پر کنڈینسڈ میٹر فزکس میں سپیکٹرم کے مخالف سروں پر ہوتی ہیں۔ ٹیم نے جادو زاویہ گرافین کو 2D میٹریل ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ کے ساتھ انٹرفیس کیا۔ دو مواد کے درمیان پیچیدہ تعامل نے محققین کو ایک سپر کنڈکٹر سے گرافین کو ایک طاقتور فیرو میگنیٹ میں تبدیل کرنے کی اجازت دی۔ یہ کامیابی طبیعیات دانوں کو ان دو عام طور پر الگ الگ مظاہر کے درمیان تعامل کا مطالعہ کرنے کا ایک نیا طریقہ دے سکتی ہے۔
