نینو ایمیٹرز کے ذریعہ شروع کی گئی سطح کے پلازمون پولرائٹنز کو قریب کے میدان میں امیج کیا گیا ہے - فزکس ورلڈ

2D اور quasi-2D مواد سے بنائے گئے روشنی کے اخراج کرنے والے فی الحال نینو آپٹو الیکٹرانکس میں بہت دلچسپی رکھتے ہیں کیونکہ ان کی ڈائی الیکٹرک اسکریننگ کی کمی کا مطلب ہے کہ ان کے الیکٹران ہول جوڑے (ایکزٹون) اپنے ماحول کے لیے ناقابل یقین حد تک حساس ہیں۔ یہ آلات بنانے کے لیے فائدہ مند ہے جیسے کہ انتہائی ذمہ دار فوٹو سینسرز اور الیکٹرو کیمیکل سینسر۔

جب دھات/ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ میں دھات کی سطح پر براہ راست جمع کیا جاتا ہے، تو ان نیم 2D مواد یا "نینو ایمیٹرز" سے خارج ہونے والی روشنی سطح پلازمون پولرائٹنز (SPPs) پیدا کر سکتی ہے۔ یہ ہلکے مادے کے کواسی پارٹیکلز ہیں جو دھات/ڈائی الیکٹرک انٹرفیس پر موجود ہیں اور اس کے ساتھ لہر کی طرح پھیلتے ہیں۔ ایک ایس پی پی ڈائی الیکٹرک میں ایک برقی مقناطیسی لہر (پولاریٹن) ہے جو دھات کی سطح (سطح پلازمون) پر برقی چارج کے دوغلے سے جوڑا جاتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، ایس پی پیز میں ایسی خصوصیات ہیں جو مادے اور روشنی دونوں سے ملتی جلتی ہیں۔

ایس پی پی کا برقی مقناطیسی میدان قریب کے میدان تک محدود ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ یہ صرف دھات/ڈائی الیکٹرک انٹرفیس پر موجود ہے، اس کی شدت ہر میڈیم میں بڑھتے ہوئے فاصلے کے ساتھ تیزی سے زوال پذیر ہوتی ہے۔ اس کے نتیجے میں برقی میدان میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے، جو SPPs کو اپنے ماحول کے لیے ناقابل یقین حد تک حساس بناتا ہے۔ مزید کیا ہے، قریب کی فیلڈ روشنی کو ذیلی طول موج کی لمبائی کے پیمانے پر ہیرا پھیری کی جا سکتی ہے۔

اب تک، ایس پی پی/نینو ایمیٹر سسٹمز کا آپٹیکل فار فیلڈ میں بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے، لیکن امیجنگ تکنیکوں کا استعمال تفاوت محدود ہے اور اہم ذیلی طول موج کے میکانزم کو تصور نہیں کیا جا سکتا۔ میں بیان کردہ ایک نئی تحقیق میں فطرت، قدرت مواصلات, امریکہ میں محققین نے قریبی فیلڈ میں نینو ایمیٹرز میں ایس پی پیز کا مطالعہ کرنے کے لیے ٹپ اینہنسڈ نینو اسپیکٹروسوپی کا استعمال کیا ہے۔ اس سے ٹیم کو پروپیگنڈہ کرنے والے SPPs کی مقامی اور سپیکٹرل خصوصیات کو دیکھنے کا موقع ملا۔ درحقیقت، ان کی تحقیق دلچسپ نئے عملی پلازمونک آلات کا باعث بن سکتی ہے۔

بڑا ہمیشہ بہتر نہیں ہوتا۔

حالیہ برسوں میں، فوٹوونک آلات کی تحقیق اور سرکٹس میں ان کا انضمام صنعت اور اکیڈمی میں بہت دلچسپی کا حامل رہا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ خالصتاً الیکٹرانک آلات کے مقابلے میں، فوٹوونک ڈیوائسز زیادہ توانائی کی افادیت اور تیز آپریٹنگ رفتار حاصل کر سکتی ہیں۔

تاہم، دو بڑے چیلنجز ہیں جن پر قابو پانا ضروری ہے اس سے پہلے کہ فوٹوونکس مین اسٹریم ایپلی کیشنز میں الیکٹرانکس کو پیچھے چھوڑ دیں۔ ایک یہ کہ مکمل طور پر فوٹوونک ڈیوائسز کا آپس میں جڑنا مشکل ہے تاکہ بڑے سرکٹس بن سکیں۔ اور دوسرا یہ کہ فوٹوونک ڈیوائسز کے سائز کو روشنی کی طول موج کے نصف سے کم نہیں کیا جا سکتا جس پر وہ عمل کرتے ہیں۔ مؤخر الذکر ڈیوائس کے سائز کو تقریباً 500 nm تک محدود کرتا ہے، جو جدید ٹرانزسٹروں سے بہت بڑا ہے۔

ان دونوں مسائل کو روایتی روشنی کے بجائے SPPs کے استعمال سے چلنے والے آلات بنا کر حل کیا جا سکتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ SPPs کی روشنی جیسی خصوصیات انتہائی تیز ڈیوائس کو چلانے کی اجازت دیتی ہیں، جبکہ SPPs کی مادے جیسی خصوصیات سرکٹس میں آسان انضمام اور تفاوت کی حد سے نیچے آپریشن کی اجازت دیتی ہیں۔

تاہم، عملی نینو الیکٹرانکس کو ڈیزائن کرنے کے لیے، SPPs کے ذیلی طول موج کے رویے کی بہتر تفہیم کی ضرورت ہے۔ ابھی، کییونگ جو، پنسلوانیا یونیورسٹی میں پی ایچ ڈی کے طالب علم، اور ساتھیوں نے ٹپ اینہنسڈ نینو سپیکٹروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے SPPs کا مطالعہ کیا ہے۔ یہ تکنیک اٹامک فورس مائیکروسکوپ (AFM) کے ساتھ دور دراز کے سپیکٹرومیٹر کو جوڑتی ہے۔

گولڈ لیپت AFM ٹپ قریب کے میدان میں روشنی کو بکھیرتی ہے، جس سے SPPs کو اسپیکٹومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے مقامی طور پر اور اسپیکٹرل امیج کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ نمونہ کواس-2D نینو پلیٹلیٹس (لائٹ ایمیٹر CdSe/Cd کے نینو میٹر اسکیل فلیکس) کے محلول کو اسپن کوٹنگ کے ذریعے بنایا گیا تھا۔_xZn_1-xS) سونے کے سبسٹریٹ پر اور پھر ایٹم پرت کے جمع کا استعمال کرتے ہوئے اوپر ایلومینیم آکسائڈ ڈائی الیکٹرک جمع کرنا۔

نینو پلیٹلیٹ ایک لیزر کا استعمال کرتے ہوئے پرجوش تھے اور ان کے بعد روشنی کے اخراج نے ایس پی پیز کا آغاز کیا جو گولڈ/ایلومینیم آکسائیڈ انٹرفیس کے ساتھ ساتھ پھیلا ہوا تھا۔ محققین نے مشاہدہ کیا کہ ایس پی پیز سینکڑوں مائیکرون تک پھیل سکتے ہیں اور ان کے اصل راستے پر سونے کی نوک سے بھی جھلک سکتے ہیں۔ عکاسی کی صورت میں، واقعہ اور منعکس شدہ SPPs نے ایک دوسرے کے ساتھ مداخلت کی، جس سے ٹپ اور نینو پلیٹلیٹ کے درمیان کھڑی لہر بنتی ہے (شکل دیکھیں: "Quasiparticle Reflections")۔ تجرباتی طور پر، ان کو پیرابولک شکل کے کنارے کے طور پر دیکھا گیا تھا۔

جیسے جیسے ٹپ اور نینو پلیٹلیٹ کے درمیان فاصلہ بڑھتا گیا، محققین نے پایا کہ برقی میدان کی شدت وقتاً فوقتاً مختلف ہوتی ہے۔ اس نے کھڑی لہر کی موجودگی کی تصدیق کی اور یہ ظاہر کیا کہ کس طرح نینو پلیٹلیٹ اور ٹپ ایک قسم کی گہا کے طور پر کام کرتے ہیں۔ تاہم، کمپیوٹر سمیلیشنز نے ظاہر کیا کہ، اگرچہ کنارے کا مشاہدہ کرنے کے لیے ٹپ اور نینو پلیٹلیٹ دونوں کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن SPPs کے ذریعے پیدا ہونے والا برقی مقناطیسی فیلڈ صرف ایک کے ساتھ موجود ہے، اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ دونوں SPPs کو لانچ کرنے کے قابل ہیں۔

پولاریٹن گاڑھا ہونا تسلسل میں ایک پابند حالت سے ابھرتا ہے۔

محققین نے ایس پی پی کے اخراج پر نمونے کی خصوصیات کے اثر کی بھی تحقیقات کی۔ مثال کے طور پر، انہوں نے پایا کہ کنارے صرف اس وقت واقع ہوتے ہیں جب نینو پلیٹلیٹس "ایج اپ" (سبسٹریٹ کے جہاز پر کھڑے) ہوتے ہیں، اور جوش لیزر کو پولرائز کیا گیا تھا کہ اس کا مقناطیسی میدان وقوع کے جہاز (TM پولرائزیشن) پر کھڑا تھا۔ نتیجے کے طور پر حوصلہ افزائی لیزر کے پولرائزیشن کو ایک "سوئچ" کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ SPPs کو آسانی سے آن اور آف کیا جا سکے، جو کہ آپٹو-الیکٹرانک آلات کے لیے ایک اہم خصوصیت ہے۔ ٹیم نے یہ بھی پایا کہ کناروں کی شکل نینو ایمیٹر کے ڈوپول واقفیت کا تعین کرنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہے، پیرابولک شکل کے ساتھ ہلکا سا جھکاؤ (سرکلر کنارے سبسٹریٹ کے جہاز کے بالکل 90 ° کے زاویے کی نشاندہی کریں گے)۔

موٹائی نے ایس پی پیز کی خصوصیات میں بھی ایک اہم کردار ادا کیا، موٹے نینو پلیٹلیٹس کے ساتھ مضبوط برقی میدان پیدا ہوتے ہیں، اور موٹے ڈائی الیکٹرکس کے نتیجے میں ایس پی پی کے پھیلاؤ کے فاصلے طویل ہوتے ہیں۔ مختلف ڈائی الیکٹرک مواد (ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ؛ اور مونولیئر ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ) کا استعمال کرتے ہوئے مطالعہ نے اشارہ کیا کہ، برقی فیلڈ کی قید میں اضافے کی وجہ سے، ایک بڑی ڈائی الیکٹرک پرمٹٹیویٹی کے نتیجے میں پھیلاؤ کے طویل فاصلے بھی ہوئے۔ یہ جاننا ضروری ہے، کیونکہ پھیلاؤ کا فاصلہ براہ راست SPPs کے ذریعے توانائی کی منتقلی سے منسلک ہوتا ہے۔ جو نے خلاصہ کیا کہ "ہم انفرادی نانوسکل ایمیٹرز کے آس پاس ایس پی پی کے ذریعے ذیلی طول موج کے پیمانے پر توانائی کے بہاؤ کو تلاش کرتے ہیں، تصور کرتے ہیں اور اس کی خصوصیت کرتے ہیں۔"

ٹیم نے یہ ظاہر کیا ہے کہ ٹپ بڑھا ہوا نینو اسپیکٹروسکوپی ایس پی پی سسٹمز میں قریبی فیلڈ کے مطالعہ کے لیے ایک طاقتور ٹول ہے، جس سے مختلف خصوصیات، جیسے ڈوپول اورینٹیشن اور نمونے کے ڈیزائن کے مضمرات کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ "ایکسیٹونک سیمی کنڈکٹرز میں ذیلی طول موج کے فوٹوونک مظاہر کی تصویر بنانے اور جانچنے کی صلاحیت [قریب فیلڈ اسکیننگ آپٹیکل مائکروسکوپی] کو بنیادی مطالعات کے ساتھ ساتھ سیمی کنڈکٹر کی خصوصیت کے لیے ایک قابل قدر ٹول بناتی ہے،" کہتے ہیں۔ دیپ جری والا، جو کام کو بیان کرنے والے کاغذ پر متعلقہ مصنف ہے۔ عملی نینو-آپٹو الیکٹرانک آلات کی ترقی میں SPP سسٹمز کی اس طرح کی بہتر تفہیم انمول ثابت ہوگی۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 ڈیٹا انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ایڈریین ایشلے کے ساتھ مستقبل کا نقشہ بنانا۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• PREIPO® کے ساتھ PRE-IPO کمپنیوں میں حصص خریدیں اور بیچیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/surface-plasmon-polaritons-launched-by-nano-emitters-are-imaged-in-the-near-field/