جب پانی تنگ، نانوسکل گہاوں میں پھنس جاتا ہے، تو یہ درمیانی مرحلے میں داخل ہوتا ہے جو نہ ٹھوس ہوتا ہے اور نہ مائع، بلکہ درمیان میں کہیں ہوتا ہے۔ یہ محققین کی ایک بین الاقوامی ٹیم کی تلاش ہے جس نے شماریاتی طبیعیات، کوانٹم میکانکس اور مشین لرننگ کا استعمال کرتے ہوئے اس بات کا مطالعہ کیا کہ جب پانی اتنی چھوٹی جگہوں پر محدود ہوتا ہے تو اس کی خصوصیات کیسے تبدیل ہوتی ہیں۔ اس nanoconfined پانی کے دباؤ کے درجہ حرارت کے مرحلے کے ڈایاگرام کا تجزیہ کرتے ہوئے، جیسا کہ یہ جانا جاتا ہے، ٹیم نے پایا کہ یہ ایک درمیانی "ہیکسیٹک" مرحلے کی نمائش کرتا ہے اور بہت زیادہ چل رہا ہے۔
نانوسکل پر پانی کی خصوصیات ان لوگوں سے بہت مختلف ہو سکتی ہیں جنہیں ہم بلک واٹر سے جوڑتے ہیں۔ دیگر غیر معمولی خصوصیات میں سے، نانوسکل پانی میں غیر معمولی طور پر کم ڈائی الیکٹرک مستقل ہوتا ہے، یہ تقریباً بغیر رگڑ کے بہتا ہے اور ایک مربع برف کے مرحلے میں موجود ہوسکتا ہے۔
نینو کنفینڈ پانی کے مطالعہ میں حقیقی دنیا کی اہم ایپلی کیشنز ہیں۔ ہمارے جسم میں زیادہ تر پانی تنگ گہاوں کے اندر محدود ہے جیسے خلیوں کے اندر خالی جگہ، جھلیوں کے درمیان اور چھوٹی کیپلیریوں میں، ٹیم لیڈر نوٹ کرتے ہیں۔ وینکٹ کپل, میں ایک نظریاتی کیمسٹ اور مواد سائنسدان کیمبرج یونیورسٹی، برطانیہ. پتھروں کے اندر بند یا کنکریٹ میں پھنسے ہوئے پانی کا بھی یہی حال ہے۔ اس پانی کے رویے کو سمجھنا اس لیے حیاتیات، انجینئرنگ اور ارضیات میں مرکزی حیثیت رکھتا ہے۔ یہ مستقبل میں آبی نینو ڈیوائسز تیار کرنے اور نینو فلائیڈکس، الیکٹرولائٹ میٹریلز اور واٹر ڈی سیلینیشن جیسی ایپلی کیشنز کے لیے بھی اہم ہو سکتا ہے۔
حالیہ برسوں میں، محققین نے مصنوعی ہائیڈروفوبک کیپلیریوں کو نانوسکل کے طول و عرض کے ساتھ گھڑا ہے۔ اس نے انہیں پانی کی خصوصیات کی پیمائش کرنے کے قابل بنایا ہے کیونکہ یہ ان چینلز سے گزرتا ہے جو اتنے تنگ ہیں کہ پانی کے مالیکیولز کے پاس اپنے معمول کے ہائیڈروجن بانڈنگ پیٹرن کو ظاہر کرنے کے لیے کافی جگہ نہیں ہوتی ہے۔
صرف ایک مالیکیول موٹا
تازہ ترین کام میں، کپل اور ساتھیوں نے دو گرافین نما چادروں کے درمیان پھنسے ہوئے پانی کا مطالعہ کیا، اس طرح کہ پانی کی تہہ صرف ایک سالمہ موٹی تھی۔ جوہری تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے، جس کا مقصد ایک نظام میں تمام الیکٹرانوں اور نیوکللی کے رویے کا نمونہ بنانا ہے، انہوں نے پانی کے دباؤ کے درجہ حرارت کے مرحلے کے خاکے کا حساب لگایا۔ یہ خاکہ، جو ایک محور پر درجہ حرارت اور دوسرے پر دباؤ ڈالتا ہے، ایک دی گئی دباؤ درجہ حرارت کی حالت میں پانی کے سب سے مستحکم مرحلے کو ظاہر کرتا ہے۔
کپل بتاتا ہے، "یہ تخروپن عام طور پر کمپیوٹیشنل طور پر بہت مہنگے ہوتے ہیں، اس لیے ہم نے اس لاگت کو کم کرنے کے لیے شماریاتی طبیعیات، کوانٹم میکینکس اور مشین لرننگ پر مبنی بہت سے جدید ترین طریقوں کو یکجا کیا۔" طبیعیات کی دنیا. "ان کمپیوٹیشنل بچتوں نے ہمیں مختلف دباؤ اور درجہ حرارت پر سسٹم کو سختی سے نقل کرنے اور انتہائی مستحکم مراحل کا تخمینہ لگانے کی اجازت دی۔"
محققین نے پایا کہ monolayer پانی حیرت انگیز طور پر مختلف مرحلے کے رویے کا حامل ہے جو نینو چینل کے اندر کام کرنے والے درجہ حرارت اور دباؤ کے لیے انتہائی حساس ہے۔ بعض نظاموں میں، یہ ایک "ہیکسیٹک" مرحلہ دکھاتا ہے، جو ٹھوس اور مائع کے درمیان درمیانی ہوتا ہے جیسا کہ نام نہاد KTHNY تھیوری کی طرف سے پیش گوئی کی گئی ہے جو 2D قید میں کرسٹل کے پگھلنے کو بیان کرتا ہے۔ اس نظریہ نے اپنے ڈویلپرز کو حاصل کیا۔ 2016 کا نوبل انعام برائے فزکس 2D ٹھوس کے مرحلے کے رویے کے بارے میں ہماری سمجھ کو آگے بڑھانے کے لیے۔
اعلی برقی چالکتا
محققین نے مشاہدہ کیا کہ بیٹری کے مواد سے 10-1000 گنا زیادہ برقی چالکتا کے ساتھ، نینو کنفائنڈ پانی بہت زیادہ چلنے والا بن جاتا ہے۔ انہوں نے یہ بھی پایا کہ یہ ایک سالماتی مرحلے میں موجود نہیں رہتا ہے۔ کپل بتاتے ہیں، "ہائیڈروجن کے ایٹم تقریباً ایک سیال کی طرح حرکت کرنا شروع کر دیتے ہیں، حالانکہ آکسیجن کی جالی، کہتے ہیں کہ بچے بھولبلییا سے بھاگ رہے ہیں۔" "یہ نتیجہ قابل ذکر ہے کیونکہ اس طرح کے روایتی 'بلک' سپریونک مرحلے کے صرف انتہائی حالات جیسے بڑے سیاروں کے اندرونی حصے میں مستحکم ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ ہم اسے ہلکے حالات میں مستحکم کرنے میں کامیاب رہے ہیں۔
ڈیوڈ تھولس، ڈنکن ہالڈین اور مائیکل کوسٹرلٹز نے 2016 کا نوبل انعام برائے طبیعیات جیت لیا
"ایسا لگتا ہے کہ 2D میں مواد کو محدود کرنا بہت دلچسپ خصوصیات یا خصوصیات کا باعث بن سکتا ہے جو ان کے بڑے ہم منصب صرف انتہائی حالات میں ظاہر کرتے ہیں،" وہ جاری رکھتے ہیں۔ "ہم امید کرتے ہیں کہ ہمارا مطالعہ دلچسپ خصوصیات کے ساتھ نئے مواد کی نقاب کشائی میں مدد کرے گا۔ تاہم، ہمارا بڑا مقصد پانی کو سمجھنا ہے، خاص طور پر جب یہ ہمارے جسم کے اندر کی طرح بہت پیچیدہ حالات کا شکار ہو۔"
ٹیم، جس میں یونیورسٹی کالج لندن، یونیورسٹی دی نیپولی فیڈریکو II، پیکنگ یونیورسٹی اور توہوکو یونیورسٹی، سینڈائی کے محققین شامل ہیں، اب ان مراحل کا مشاہدہ کرنے کی امید کر رہے ہیں جو انہوں نے حقیقی دنیا کے تجربات میں بنائے ہیں۔ کپل نے انکشاف کیا کہ "ہم گرافین جیسے مواد کے علاوہ 2D مواد کا بھی مطالعہ کر رہے ہیں کیونکہ اصولی طور پر ان نظاموں کو لیبارٹری میں ترکیب اور مطالعہ کیا جا سکتا ہے۔" "تجربات کے ساتھ ون ٹو ون موازنہ اس لیے ممکن ہونا چاہیے - انگلیاں کراس کر دی گئیں۔"
موجودہ کام کی تفصیل میں ہے۔ فطرت، قدرت.
