نوبل انعام 'کوانٹم ڈاٹ' نینو پارٹیکلز کے موجدوں کا اعزاز | کوانٹا میگزین

ایک نینو کرسٹل کا تصور کریں کہ یہ ایک ایٹم کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ مونگی جی باوندی, لوئس ای بروس اور الیکسی آئی ایکیموف کیمسٹری میں 2023 کے نوبل انعام سے نوازا گیا ہے جو اس طرح کے منٹ کے عجائبات کے زمرے کو دریافت کرنے کے لیے، جسے اب کوانٹم ڈاٹس کے نام سے جانا جاتا ہے، اور ان کی ترکیب کا ایک درست طریقہ تیار کرنے پر دیا گیا ہے۔ نوبل کمیٹی برائے کیمسٹری نے اپنے انعام کے اعلان میں کہا کہ کوانٹم ڈاٹس پہلے ہی الیکٹرانکس اور بائیو میڈیسن میں اہم کردار ادا کر رہے ہیں، جیسے کہ منشیات کی ترسیل، امیجنگ اور طبی تشخیص میں، اور مستقبل میں ان کی مزید امید افزا درخواستیں ہوں گی۔

کوانٹم ڈاٹس، جنہیں بعض اوقات مصنوعی ایٹم بھی کہا جاتا ہے، سیلیکون اور دیگر سیمی کنڈکٹر مواد سے بنے عین مطابق نینو کرسٹلز ہیں جو صرف چند نینو میٹر چوڑے ہیں - انفرادی ایٹموں کی طرح کوانٹم خصوصیات کو ظاہر کرنے کے لیے کافی چھوٹے ہیں، حالانکہ وہ سائز میں سو سے چند ہزار ایٹم ہیں۔ . چونکہ الیکٹران ان کے اندر توانائی کی مخصوص سطحوں پر پھنس سکتے ہیں، اس لیے نانو کرسٹلز روشنی کی صرف مخصوص طول موج کا اخراج کر سکتے ہیں۔ ذرات کے سائز کو کنٹرول کر کے، محققین یہ پروگرام کر سکتے ہیں کہ جب حوصلہ افزائی کی جائے تو کوانٹم ڈاٹ کس رنگ میں چمکیں گے۔

آج صبح نوبل انعام کے اعلان کے موقع پر اسٹیج پر، جوہان Åqvistنوبل کمیٹی برائے کیمسٹری کے چیئر نے پانچ فلاسکس کی ایک سیریز دکھائی جس میں ہر ایک مختلف رنگ کی چمکدار مائع پر مشتمل تھا۔ سیالوں میں کوانٹم نقطوں کے مائع محلول ایک ملی میٹر کے صرف چند ملینویں حصے کے ہوتے ہیں۔ اس چھوٹے سائز پر، "کوانٹم میکینکس ہر طرح کی چالیں کھیلنا شروع کر دیتا ہے،" Åqvist نے کہا۔

کوانٹم میکینکس نے پیش گوئی کی ہے کہ اگر آپ ایک الیکٹران لیتے ہیں اور اسے ایک چھوٹی سی جگہ پر نچوڑتے ہیں تو، الیکٹران کی لہر کا کام کمپریس ہوجاتا ہے، وضاحت کی گئی ہے۔ ہینر لنکےنوبل کمیٹی برائے کیمسٹری کے رکن اور نینو فزکس کے پروفیسر۔ آپ جتنی چھوٹی جگہ بنائیں گے، الیکٹران کی توانائی اتنی ہی زیادہ ہوگی، جس کا مطلب ہے کہ یہ فوٹوون کو زیادہ توانائی دے سکتا ہے۔ جوہر میں، ایک کوانٹم ڈاٹ کا سائز اس بات کا تعین کرتا ہے کہ یہ کون سا رنگ چمکتا ہے۔ سب سے چھوٹے ذرات نیلے رنگ کے ہوتے ہیں، جب کہ بڑے ذرات پیلے اور سرخ رنگ کے ہوتے ہیں۔

1970 کی دہائی تک، طبیعیات دان جانتے تھے کہ کوانٹم مظاہر نظریہ میں انتہائی چھوٹے سائز کے ذرات کے ساتھ منسلک ہونا چاہیے، جیسا کہ وہ الٹراتھائن فلموں کے ساتھ تھے، لیکن اس پیشین گوئی کو جانچنا ناممکن لگتا تھا: ذرات بنانے اور سنبھالنے کا کوئی اچھا طریقہ نہیں لگتا تھا سوائے دوسرے مواد کے اندر جو ان کی خصوصیات کو چھپاتے ہیں۔ 1981 میں سوویت یونین میں ایس آئی واویلوف اسٹیٹ آپٹیکل انسٹی ٹیوٹ میں، تاہم، ایکیموف نے اسے تبدیل کر دیا۔ ایک شیشے میں تانبے اور کلورین کے مرکبات کو شامل کرتے ہوئے، اس نے دریافت کیا کہ شیشے کا رنگ مکمل طور پر ان اضافی ذرات کے سائز پر منحصر ہے۔ اس نے جلدی سے پہچان لیا کہ کوانٹم اثرات ممکنہ وضاحت ہیں۔

1983 میں بیل لیبز میں، بروس کیمیائی رد عمل کو چلانے کے لیے روشنی کے استعمال پر تجربات کر رہا تھا۔ بروس (اب کولمبیا یونیورسٹی میں) نے دیکھا کہ نینو پارٹیکلز کے سائز نے ان کی نظری خصوصیات کو بھی متاثر کیا یہاں تک کہ جب وہ مائع محلول میں آزادانہ طور پر تیر رہے تھے۔ لنکے نے کہا، "اس سے بہت زیادہ دلچسپی پیدا ہوئی۔

اس طرح کے ذرات کی ممکنہ آپٹو الیکٹرانک افادیت ٹیکنالوجی ماہرین پر ضائع نہیں ہوئی، جنہوں نے مارک ریڈ ییل یونیورسٹی کے ان کو کوانٹم ڈاٹس کے طور پر حوالہ دیتے ہوئے لیکن اگلی دہائی تک، محققین نے ان ذرات کے سائز اور معیار کو درست طریقے سے کنٹرول کرنے کے لیے جدوجہد کی۔

1993 میں، تاہم، باوندی نے کامل نینو پارٹیکلز بنانے کے لیے ایک "ذہین کیمیائی طریقہ" ایجاد کیا، Åqvist نے کہا۔ وہ عین وقت پر قابو پانے کے قابل تھا جب کرسٹل بنتے تھے، اور اس کے بعد وہ کنٹرول شدہ انداز میں مزید ترقی کو روکنے اور دوبارہ شروع کرنے کے قابل تھا۔ اس کی دریافت نے کوانٹم ڈاٹس کو متعدد ایپلی کیشنز میں وسیع پیمانے پر مفید بنا دیا۔

ان نینو پارٹیکلز کے لیے ایپلی کیشنز ایل ای ڈی ڈسپلے اور سولر سیل سے لے کر بائیو کیمسٹری اور میڈیسن میں امیجنگ تک ہیں۔ "یہ کامیابیاں نینو ٹیکنالوجی میں ایک اہم سنگ میل کی نمائندگی کرتی ہیں،" Åqvist نے کہا۔

کوانٹم ڈاٹس کیا ہیں؟

وہ انسانی ساختہ نینو پارٹیکلز اتنے چھوٹے ہیں کہ ان کی خصوصیات کوانٹم میکینکس کے ذریعے چلتی ہیں۔ ان خصوصیات میں روشنی کا اخراج شامل ہے: روشنی کی طول موج جو وہ خارج کرتے ہیں اس کا انحصار صرف ذرات کے سائز پر ہوتا ہے۔ بڑے ذرات میں الیکٹران کم توانائی رکھتے ہیں اور سرخ روشنی خارج کرتے ہیں، جبکہ چھوٹے ذرات میں الیکٹران زیادہ توانائی رکھتے ہیں اور نیلی روشنی خارج کرتے ہیں۔

محققین اس بات کا تعین کر سکتے ہیں کہ روشنی کا کون سا رنگ کوانٹم ڈاٹس سے صرف ان کے سائز کو ریگولیٹ کر کے نکلے گا۔ یہ دوسری قسم کے فلوروسینٹ مالیکیولز کے استعمال پر بہت بڑا فائدہ پیش کرتا ہے، جس کے لیے ہر الگ رنگ کے لیے ایک نئی قسم کے مالیکیول کی ضرورت ہوتی ہے۔

کنٹرول ایبلٹی میں یہ فائدہ صرف کوانٹم ڈاٹس کے رنگ تک محدود نہیں ہے۔ نینو پارٹیکلز کے سائز کو ایڈجسٹ کرکے، محققین ان کے برقی، نظری اور مقناطیسی اثرات کے ساتھ ساتھ جسمانی خصوصیات کو بھی ایڈجسٹ کرسکتے ہیں جیسے ان کے پگھلنے کا نقطہ یا وہ کیمیائی رد عمل کو کیسے متاثر کرتے ہیں۔

باوندی کے کام نے کوانٹم ڈاٹس کو کیسے عملی بنایا؟

1993 میں، میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹکنالوجی میں باونڈی اور ان کی ٹیم نے کوانٹم ڈاٹس کو پہلے سے زیادہ درست طریقے سے اور اعلیٰ معیار کے ساتھ تیار کرنے کا طریقہ تیار کیا۔ انہوں نے اپنے کیمیائی پیشروؤں کو انتہائی گرم سالوینٹ میں انجیکشن لگا کر ایک لمحے میں نانو کرسٹلز کو بڑھانے کا ایک طریقہ تلاش کیا۔ اس کے بعد محققین نے فوری طور پر سالوینٹس کے درجہ حرارت کو کم کرکے کرسٹل کی افزائش کو روک دیا، لامحدود کرسٹل لائن "بیج" بنا کر۔ آہستہ آہستہ حل کو دوبارہ گرم کرنے سے، وہ نانو کرسٹلز کی مزید نشوونما کو منظم کر سکتے ہیں۔ ان کے طریقہ کار نے مطلوبہ سائز کے کرسٹل دوبارہ پیدا کیے، اور یہ مختلف نظاموں کے لیے موافق تھا۔

کوانٹم ڈاٹس کہاں استعمال ہو رہے ہیں؟

اگر آپ نے کبھی QLED TV پر پروگرام دیکھے ہیں، تو آپ نے ان نینو پارٹیکلز کو کھیلتے ہوئے دیکھا ہے۔ لیکن انہیں بائیو میڈیکل امیجنگ اور لائٹنگ میں بھی استعمال کیا جا رہا ہے۔ محققین اب بھی کوانٹم کمپیوٹنگ اور مواصلات، لچکدار الیکٹرانکس، سینسر، موثر شمسی خلیات، اور شمسی ایندھن کے کیٹالیسس میں ان نینو پارٹیکلز کے لیے اضافی ایپلی کیشنز تلاش کر رہے ہیں۔