بیجنگ میں چائنیز اکیڈمی آف سائنسز کے ماہرین طبیعات کی تحقیق کے مطابق ہیرے کی کرسٹل لائن کی ساخت میں خوردبینی خامیوں پر مبنی کوانٹم سینسرز 140 گیگاپاسکلز تک کے دباؤ پر کام کر سکتے ہیں۔ تلاش نام نہاد نائٹروجن ویکینسی (NV) مراکز پر مبنی کوانٹم سینسرز کے آپریٹنگ پریشر کے لیے ایک ریکارڈ قائم کرتی ہے، اور ان کی نئی پائیداری سے کنڈینسڈ میٹر فزکس اور جیو فزکس کے مطالعے کو فائدہ پہنچ سکتا ہے۔
NV مراکز اس وقت ہوتے ہیں جب ہیرے میں دو ہمسایہ کاربن ایٹموں کی جگہ نائٹروجن ایٹم اور ایک خالی جالی کی جگہ لے لی جاتی ہے۔ وہ مختلف گھماؤ کے ساتھ چھوٹے کوانٹم میگنےٹس کی طرح کام کرتے ہیں، اور جب لیزر دال سے پرجوش ہوتے ہیں، تو وہ جو فلوروسینٹ سگنل خارج کرتے ہیں اسے مواد کے قریبی نمونے کی مقناطیسی خصوصیات میں معمولی تبدیلیوں کی نگرانی کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ خارج ہونے والے NV سینٹر سگنل کی شدت مقامی مقناطیسی میدان کے ساتھ تبدیل ہوتی ہے۔
مسئلہ یہ ہے کہ ایسے سینسر نازک ہوتے ہیں اور سخت حالات میں کام نہیں کرتے۔ اس سے انہیں زمین کے اندرونی حصے کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کرنا مشکل ہو جاتا ہے، جہاں gigapascal (GPa) دباؤ غالب ہوتا ہے، یا ہائیڈرائیڈ سپر کنڈکٹرز جیسے مواد کی تحقیقات کرنا، جو بہت زیادہ دباؤ پر گھڑے جاتے ہیں۔
آپٹیکلی مقناطیسی گونج کا پتہ چلا
نئے کام میں، کی قیادت میں ایک ٹیم گینگ کن لیو کی بیجنگ نیشنل ریسرچ سینٹر فار کنڈینسڈ میٹر فزکس اور انسٹی ٹیوٹ آف فزکس، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز، ایک مائکروسکوپک ہائی پریشر چیمبر بنانے سے شروع ہوا جسے ڈائمنڈ اینول سیل کہا جاتا ہے جس میں اپنے سینسر رکھنے کے لئے، جو مائکرو ڈائمنڈز پر مشتمل ہوتا ہے جس میں NV مراکز کا ایک مجموعہ ہوتا ہے۔ اس قسم کے سینسرز آپٹیکلی ڈٹیکٹڈ میگنیٹک ریزوننس (ODMR) نامی تکنیک کی بدولت کام کرتے ہیں جس میں نمونے کو پہلے لیزر (اس صورت میں 532 nm کی طول موج کے ساتھ) کا استعمال کرتے ہوئے پرجوش کیا جاتا ہے اور پھر مائیکرو ویو پلس کے ذریعے جوڑ توڑ کیا جاتا ہے۔ محققین نے ایک پتلی پلاٹینم تار کا استعمال کرتے ہوئے مائکروویو دالوں کو لاگو کیا، جو اعلی دباؤ کے لئے مضبوط ہے. آخری مرحلہ خارج ہونے والے فلوروسینس کی پیمائش کرنا ہے۔
"ہمارے تجربے میں، ہم نے سب سے پہلے مختلف دباؤ کے تحت NV مراکز کی فوٹو لومینیسینس کی پیمائش کی،" لیو بتاتے ہیں۔ "ہم نے تقریباً 100 GPa پر فلوروسینس کا مشاہدہ کیا، ایک غیر متوقع نتیجہ جس کی وجہ سے ہمیں بعد میں ODMR کی پیمائش کرنا پڑی۔"
ایک جگہ پر NV مراکز کا ایک بڑا جوڑ
جب کہ نتیجہ کچھ حیران کن تھا، لیو نے نوٹ کیا کہ ہیرے کی جالی بہت مستحکم ہے اور 100 GPa (1Mbar، یا سطح سمندر پر زمین کے ماحول کے دباؤ سے تقریباً 1 ملین گنا) کے دباؤ پر بھی، کسی مرحلے کی منتقلی سے نہیں گزرتی۔ اور جب کہ اس طرح کے اعلی دباؤ NV مراکز کی توانائی کی سطحوں اور نظری خصوصیات میں ترمیم کرتے ہیں، ترمیم کی شرح زیادہ دباؤ پر سست ہوجاتی ہے، جس سے فلوروسینس برقرار رہتا ہے۔ اس کے باوجود، وہ بتاتا ہے طبیعیات کی دنیا Mbar دباؤ پر ODMR سپیکٹرا حاصل کرنا "کوئی آسان کام نہیں" تھا۔
"بہت سے تکنیکی چیلنجز ہیں جن پر ہمیں قابو پانا ہے،" وہ کہتے ہیں۔ "ایک خاص طور پر یہ ہے کہ زیادہ دباؤ NV فلوروسینس سگنل کو کم کرتا ہے اور اضافی پس منظر میں فلوروسینس لاتا ہے۔"
محققین نے NV مراکز (~5 × 105 ایک واحد مائکرو ڈائمنڈ میں) اور ان کے تجرباتی نظام کی روشنی جمع کرنے کی کارکردگی کو بہتر بنانا۔ لیکن ان کی پریشانی یہیں ختم نہیں ہوئی۔ انہیں سینسر کے اوپر ایک بڑے دباؤ کے میلان سے بچنے کی بھی ضرورت تھی، کیونکہ دباؤ کی تقسیم میں کسی بھی غیر ہم آہنگی نے OMDR سپیکٹرا کو وسیع کر دیا ہو گا اور سگنل کے تضاد کو کم کر دیا ہوگا۔
"اس چیلنج سے نمٹنے کے لیے، ہم نے پریشر میڈیم کے طور پر پوٹاشیم برومائیڈ (KBr) کا انتخاب کیا اور پتہ لگانے کے حجم کو تقریباً 1 um تک محدود رکھا۔3لیو کہتے ہیں۔ "ہم اس نقطہ نظر کو استعمال کرتے ہوئے تقریباً 140 GPa پر NV مراکز کے ODMR حاصل کرنے میں کامیاب ہوئے۔"
وہ مزید کہتے ہیں کہ زیادہ سے زیادہ دباؤ اس سے بھی زیادہ ہو سکتا ہے، کیونکہ NV مراکز میں توانائی کی سطحوں میں دباؤ سے ہونے والی تبدیلیاں توقع سے کم نکلی ہیں۔ لیو کا کہنا ہے کہ "اس مقصد کو حاصل کرنے کے لیے اہم چیلنج چھوٹے یا بغیر دباؤ کے میلان کے ساتھ اعلی دباؤ پیدا کرنا ہے۔" "یہ دباؤ کو منتقل کرنے والے ذریعہ کے طور پر نوبل گیس کا استعمال کرتے ہوئے ممکن ہوسکتا ہے۔"
کوانٹم گریویٹی گریڈینٹ سینسر سرنگ تلاش کرنے کے لیے باہر استعمال ہوتا ہے۔
لیو اور ساتھیوں کے مطابق، یہ تجربات ظاہر کرتے ہیں کہ NV مراکز کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے سائٹ Mbar دباؤ پر مواد کی مقناطیسی خصوصیات کا مطالعہ کرنے کے لیے کوانٹم سینسر۔ ایک مثال LaH میں Meissner اثر (مقناطیسی فیلڈ کے اخراج) کی تحقیقات کرنا ہو سکتی ہے۔10 ، ایک اعلی درجہ حرارت والا سپر کنڈکٹر جو صرف 160 GPa سے اوپر کے دباؤ پر ترکیب کیا جاسکتا ہے۔
محققین اب اپنے سینسر کو بہتر بنانے اور ان کے ہائی پریشر کی حد کا تعین کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں۔ وہ اپنی مقناطیسی حساسیت کو بہتر بنانے کی بھی امید کرتے ہیں (فلوریسنس جمع کرنے کی کارکردگی کو بہتر بنا کر) اور ملٹی موڈل سینسنگ اسکیمیں تیار کریں گے - مثال کے طور پر، درجہ حرارت اور مقناطیسی میدان کو بیک وقت ماپنا۔
انہوں نے اپنے موجودہ مطالعے کی تفصیل اس میں دی ہے۔ چینی طبیعیات کے خطوط.
