اگر آپ نے حال ہی میں کوانٹم ریسرچ کے بارے میں کوئی کہانی پڑھی ہے، کولمبیا نیوز یا کسی اور جگہ، تو آپ نے یہ اصطلاح سنی ہو گی۔ 2D یا دو جہتی مواد۔
گرافین کے جوہری ڈھانچے کی ایک مثال، انتہائی مضبوط 2D کاربن کی ایک شکل۔
جنوری میں، کولمبیا کے کیمیا دانوں نے پہلے کے بارے میں ایک مطالعہ شائع کیا۔ 2D بھاری فرمیونبہت بھاری الیکٹران کے ساتھ مواد کی ایک کلاس۔ نومبر میں، انجینئرنگ اسکول نے ایک کہانی شائع کیلیزر سے 2D میٹریل چلانا" اور پچھلے سال کے شروع میں، محققین نے ایک ہی 2D مواد میں سپر کنڈکٹیویٹی اور فیرو الیکٹرسٹی دونوں پایا. فہرست جاری ہے۔
تو، 2D مواد کیا ہیں اور سائنسدانوں کو اتنی دلچسپی کیوں ہے؟
دو جہتی مواد وہی ہیں جو ان کی آواز کی طرح ہے: وہ مواد جو صرف 1 یا 2 ایٹم موٹے ہیں لیکن ہر دوسری سمت میں چوڑے ہیں۔ اکثر سائنسدان جس 2D مواد کے ساتھ کام کر رہے ہیں وہ چند مربع مائیکرو میٹر بڑے ہوتے ہیں- جو ننگی آنکھ سے نظر نہیں آتے، لیکن اس قسم کی مائکروسکوپ کے ساتھ دکھائی دیتے ہیں جس کا استعمال آپ نے ہائی سکول سائنس کی کلاسوں میں کیا ہو گا۔ سائنس دان جن 2D مواد کے ساتھ کام کر رہے ہیں وہ قدرتی طور پر پائے جانے والے مواد کا مرکب ہیں، جیسے گرافین، 2004 میں کولمبیا میں دریافت ہونے والے انتہائی مضبوط کاربن کی ایک شکل، اور لیبارٹریوں میں ترکیب شدہ مواد، جیسے CeSil، ایک کرسٹل جو گزشتہ سال کولمبیا میں پہلی بار جمع ہوا، سیریم، سلکان اور آیوڈین پر مشتمل ہے۔ یہ مواد عام طور پر تین جہتی کے طور پر شروع ہوتے ہیں، اور سائنسدان ان پر تجربات کرنے کے لیے انہیں دو جہتوں تک چھیلتے ہیں اور یہ معلوم کرتے ہیں کہ جسمانی خصوصیات، جیسے سپر کنڈکٹیوٹی or مقناطیسیزم، جب مواد ایٹم فلیٹ ہو تو ابھر سکتا ہے۔ سائنسدان شروع سے 2D مواد بنانے کے نئے طریقے تیار کرنے پر کام کر رہے ہیں، انہیں 3D سے چھیلنے کی ضرورت کے بغیر، لیکن ان کا معیار اب بھی نامکمل ہے۔
بہت سی چیزیں 2D مواد کو دلچسپ بناتی ہیں لیکن ایک بنیادی چیز یہ ہے کہ وہ ان طریقوں کو محدود کرتی ہیں جن سے الیکٹران جیسے ذرات اپنے اندر منتقل ہو سکتے ہیں۔ کولمبیا کیمسٹ زیویر رائے وضاحت کرنے کے لیے ٹریفک تشبیہ کا استعمال کیا۔:
"اس کے بارے میں اس طرح سوچیں: اگر ہمارے پاس اڑنے والی کاریں ہوں جو تین جہتی خلا میں سفر کر سکیں، تو ہم نیویارک میں زیادہ تر ٹریفک کو کم کرنے کے قابل ہو جائیں گے۔ لیکن چونکہ ہماری موجودہ کاریں صرف دو جہتوں میں سفر کر سکتی ہیں، اس لیے ہمیں ٹائمز اسکوائر میں بہت زیادہ ٹریفک جام کا سامنا کرنا پڑتا ہے،" رائے نے ایک حالیہ انٹرویو میں کہا۔
"جب ہم 3D سے 2D میں جاتے ہیں تو الیکٹران کے لیے بھی یہی ہوتا ہے، لیکن ہمارے معاملے میں، الیکٹران کے درمیان 'ٹریفک' فائدہ مند ہے! جیسا کہ یہ الیکٹران الیکٹران تعاملات مضبوط ہوتے جاتے ہیں، ہم کسی مادے کی خصوصیات کو مکمل طور پر تبدیل کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، جیسے ہی 3D بھاری فرمیون مواد کی موٹائی کم ہو جاتی ہے (یعنی جیسے جیسے وہ زیادہ 2D ہو جاتے ہیں)، وہ مقناطیسی ہونے سے سپر کنڈکٹنگ میں منتقل ہو سکتے ہیں۔"
دو جہتی مواد کو بھی نسبتاً آسانی سے موافق بنایا جا سکتا ہے: تہوں کے درمیان ہلکے زاویوں سے ان کا ڈھیر لگانا، برقی میدانوں اور مقناطیسی میدانوں جیسی قوتوں کو لگانا، اور مواد کو گھما کر یا ان پر دباؤ ڈال کر ان کی خصوصیات کو تبدیل کر سکتے ہیں۔ صرف ایک مثال لیں: ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ نامی مواد کی دو شیٹس کو ایک دوسرے کے اوپر اسٹیک کرکے، انہیں گھما کر، اور برقی چارج شامل کرکے یا ہٹا کر، مواد بجلی چلانے والی دھات سے بجلی کو مسدود کرنے والے انسولیٹر پر جا سکتا ہے۔ اور ایک بار پھر
سائنس دان ٹیکنالوجی میں 2D مواد کے ممکنہ استعمال سے بھی پرجوش ہیں، جسے سائنسدان اکثر "ایپلی کیشنز" کہتے ہیں۔
دو جہتی مواد ممکنہ طور پر الیکٹرانکس کی اگلی نسل میں ایک اہم کردار ادا کرے گا، بشمول ابھی تک ترقی یافتہ کوانٹم کمپیوٹرز۔ کیوں؟ بڑے حصے میں، کیونکہ 2D مواد منفرد، قابل کنٹرول خصوصیات (جیسے سپر کنڈکٹیویٹی) کے ساتھ انتہائی چھوٹے ہوتے ہیں، اور ٹیکنالوجی ہمیشہ کسی ایسی چیز کی تلاش میں رہتی ہے جو زیادہ تیزی سے، زیادہ مؤثر طریقے سے، اور کم جگہ استعمال کرتے ہوئے نتائج حاصل کر سکے۔
ماخذ: کولمبیا یونیورسٹی
