کوانٹم اثرات بٹی ہوئی بائلیئر گرافین کو سپر کنڈکٹر بنانے میں مدد کر سکتے ہیں۔

طبیعیات دانوں کے نئے تجربات کے مطابق، کوانٹم جیومیٹری ٹوئسٹڈ بائلیئر گرافین (ٹی بی ایل جی) کے نام سے جانے والے مواد کو سپر کنڈکٹر بننے کی اجازت دینے میں کلیدی کردار ادا کرتی ہے۔ اوہائیو سٹیٹ یونیورسٹی, ڈلاس میں یونیورسٹی آف ٹیکساس، اور مواد برائے قومی انسٹی ٹیوٹ جاپان میں. اس تلاش سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ سپر کنڈکٹرز کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال کی جانے والی بارڈین – کوپر – شریفر (BCS) مساوات کو ٹی بی ایل جی جیسے مواد کے لیے تبدیل کرنے کی ضرورت ہے جن کے چارجز بہت سست ہیں۔ محققین کا کہنا ہے کہ اس سے نئے سپر کنڈکٹرز کی تلاش میں نئے رہنما اصول فراہم کرنے میں بھی مدد مل سکتی ہے جو زیادہ درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں۔

گرافین کاربن ایٹموں کا ایک دو جہتی کرسٹل ہے جو شہد کے چھتے کے پیٹرن میں ترتیب دیا گیا ہے۔ یہ نام نہاد "ونڈر میٹریل" بہت سی غیر معمولی خصوصیات کا حامل ہے، جس میں اعلیٰ برقی چالکتا بھی شامل ہے کیونکہ چارج کیریئرز (الیکٹران اور سوراخ) کاربن جالی کے ذریعے بہت تیز رفتاری سے زوم کرتے ہیں۔

2018 میں محققین کی قیادت میں پابلو جاریلو-ہیریرو MIT نے پایا کہ جب ایسی دو چادریں ایک دوسرے کے اوپر ایک چھوٹے زاویہ کی غلط ترتیب کے ساتھ رکھی جاتی ہیں، تو وہ ایک ڈھانچہ بناتے ہیں جسے moiré superlattice کہا جاتا ہے۔ اور جب ان کے درمیان موڑ کا زاویہ 1.08° کے (نظریاتی طور پر پیش گوئی کی گئی) "جادوئی زاویہ" تک پہنچ جاتا ہے، تو یہ "موڑ" بیلیئر کنفیگریشن ایک خاص نازک درجہ حرارت سے نیچے سپر کنڈکٹیوٹی جیسی خصوصیات دکھانا شروع کر دیتی ہے، T_c, – یعنی یہ بغیر کسی مزاحمت کے بجلی چلاتا ہے۔

اس زاویے پر، دو جوڑے ہوئے شیٹس میں الیکٹرانوں کی حرکت کا طریقہ بدل جاتا ہے کیونکہ اب وہ ایک ہی توانائی پر خود کو منظم کرنے پر مجبور ہیں۔ یہ "فلیٹ" الیکٹرانک بینڈ کی طرف جاتا ہے، جس میں مختلف لمحات ہونے کے باوجود الیکٹران کی حالتیں بالکل ایک جیسی توانائی رکھتی ہیں۔ یہ فلیٹ بینڈ کا ڈھانچہ الیکٹرانوں کو بازی کے بغیر بناتا ہے - یعنی ان کی حرکی توانائی مکمل طور پر دب جاتی ہے اور وہ moiré lattice میں حرکت نہیں کر سکتے۔ نتیجہ یہ ہے کہ ذرات تقریباً رک جاتے ہیں اور جوڑے ہوئے چادروں کے ساتھ مخصوص جگہوں پر مقامی ہو جاتے ہیں۔

ترسیل کا تضاد

نئے کام میں، محققین، کی قیادت میں مارک بوکراتھ اور جینی لاؤ، نے دکھایا کہ tBLG میں الیکٹران 700–1200 m/s کے قریب رفتار کے ساتھ حرکت کرتے ہیں۔ یہ روایتی اصطلاحات میں تیز لگ سکتا ہے، لیکن حقیقت میں مونولیئر گرافین میں الیکٹران کی رفتار سے 1000 سست کا عنصر ہے۔

"یہ رفتار tBLG میں الیکٹرانوں کے لیے ایک اندرونی رفتار بناتی ہے اور اس لیے اس بات کی بھی ایک حد ہوتی ہے کہ مواد کتنا کرنٹ لے سکتا ہے، چاہے وہ سپر کنڈکٹنگ ہو یا دھاتی،" لاؤ بتاتے ہیں۔ "یہ سست رفتار ایک تضاد کو جنم دیتی ہے: tBLG بجلی کیسے چلاتا ہے، سپر کنڈکٹ کو چھوڑ دیں، اگر الیکٹران اتنی آہستہ حرکت کرتے ہیں؟"

"جواب کوانٹم جیومیٹری ہے،" وہ کہتی ہیں۔

عام جیومیٹری سے مراد یہ ہے کہ پوائنٹس یا اشیاء کا کس طرح مقامی طور پر تعلق ہے - مثال کے طور پر، وہ کتنے فاصلے پر ہیں اور وہ کیسے جڑے ہوئے ہیں۔ کوانٹم جیومیٹری اسی طرح کی ہے، لیکن الیکٹرانوں کی کوانٹم نوعیت کی وضاحت کرتی ہے، جو نہ صرف ذرات ہیں بلکہ لہریں بھی ہیں، اور اس طرح ویو فنکشنز ہیں، اور یہ ویو فنکشنز آپس میں کیسے جڑتے اور جڑتے ہیں۔ "یہ شراکت سپر کنڈکٹیویٹی کو فعال کرنے کے لیے اہم ثابت ہوتی ہے،" بوکراتھ بتاتے ہیں۔ طبیعیات کی دنیا. "تیز حرکت کرنے والے الیکٹرانوں کے بجائے، الیکٹران ویو فنکشنز کے بھرپور رابطے اہم ہیں۔"

آج تک کے زیادہ تر سپر کنڈکٹرز کو BCS تھیوری (اس کے دریافت کنندگان، بارڈین، کوپر اور شریفر کے نام سے منسوب کیا گیا ہے) کے ذریعے بیان کیا گیا ہے۔ یہ نظریہ بتاتا ہے کہ کیوں زیادہ تر دھاتی عناصر ان کے نیچے سپر کنڈکٹ ہوتے ہیں۔ T_c: ان کے فرمیونک الیکٹران بوسنز بنانے کے لیے جوڑ کر کوپر پیئر کہتے ہیں۔ یہ بوسنز ایک مرحلے سے مربوط کنڈینسیٹ بناتے ہیں جو مادے کے ذریعے ایک سپر کرنٹ کے طور پر بہہ سکتے ہیں جو بکھرنے کا تجربہ نہیں کرتا ہے، اور سپر کنڈکٹیویٹی اس کا نتیجہ ہے۔

مختصر برقی دالیں جادو زاویہ گرافین میں سپر کنڈکٹیویٹی کو آن اور آف کرتی ہیں

تاہم، جب یہ اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز کے پیچھے میکانزم کی وضاحت کرنے کی بات آتی ہے تو نظریہ کم پڑ جاتا ہے۔ درحقیقت، اعلی درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی کے زیرِ اثر میکانزم کو طبیعیات میں بنیادی حل نہ ہونے والے مسائل میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔

"ہمارے نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ بی سی ایس کی مساوات کو بھی انتہائی سست حرکت پذیر چارجز کے ساتھ ٹی بی ایل جی جیسے سپر کنڈکٹرز کے لیے تبدیل کرنے کی ضرورت ہے،" لاؤ کہتے ہیں۔ "ہمارا کام نئے سپر کنڈکٹرز کی تلاش میں نئے رہنما اصول بھی فراہم کر سکتا ہے جو معلوم سے زیادہ درجہ حرارت پر کام کر سکتے ہیں،" بوکراتھ کہتے ہیں۔

ٹیم اب نظریہ سازوں کے ساتھ مل کر کوانٹم جیومیٹری کے کردار کو مقدار اور سمجھنے کے لیے ٹی بی ایل جی کی تحقیقات جاری رکھے گی۔

تحقیق میں تفصیلی ہے۔ فطرت، قدرت.

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-could-help-make-twisted-bilayer-graphene-a-superconductor/