کئی سالوں سے دنیا بھر کے سائنسدان دو کام کر رہے ہیں ایجاد کرنا اور بہتری لانا۔ اور بعض اوقات یہ واضح نہیں ہوتا کہ ان میں سے کون زیادہ مشکل ہے۔ مثال کے طور پر، عام ایل ای ڈیز کو لے لیجئے، جو ہمیں اتنی سادہ اور عام لگتی ہیں کہ ہم ان پر توجہ نہیں دیتے۔ لیکن اگر آپ ذائقہ کے لیے کچھ excitons، ایک چٹکی polaritos اور tungsten disulfide شامل کرتے ہیں، تو LEDs اب اتنی پراسیک نہیں رہیں گی۔ یہ تمام غیر معمولی اصطلاحات انتہائی غیر معمولی اجزاء کے نام ہیں، جن کے امتزاج نے سٹی کالج آف نیویارک کے سائنسدانوں کو ایک نیا نظام بنانے کی اجازت دی جو روشنی کا استعمال کرتے ہوئے انتہائی تیزی سے معلومات کی ترسیل کر سکے۔ اس ترقی سے Li-Fi ٹیکنالوجی کو بہتر بنانے میں مدد ملے گی۔ نئی ٹکنالوجی کے اصل اجزاء کیا تھے، اس "ڈش" کی ترکیب کیا ہے اور نئی exciton-polariton LED کی کارکردگی کیا ہے؟ اس بارے میں سائنسدانوں کی رپورٹ ہی بتائے گی۔ جاؤ.
تحقیق کی بنیاد
اگر ہر چیز کو ایک لفظ میں آسان کر دیا جائے تو یہ ٹیکنالوجی ہلکی ہے اور ہر چیز اس سے جڑی ہوئی ہے۔ سب سے پہلے، پولرائٹنز، جو اس وقت پیدا ہوتے ہیں جب فوٹون درمیانے درجے کے اتیجیت کے ساتھ تعامل کرتے ہیں (فونون، ایکزیٹون، پلازمون، میگنون، وغیرہ)۔ دوم، excitons ایک ڈائی الیکٹرک، سیمی کنڈکٹر یا دھات میں الیکٹرانک اتیجیت ہیں، جو کرسٹل کے ذریعے منتقل ہوتے ہیں اور برقی چارج اور ماس کی منتقلی سے منسلک نہیں ہوتے ہیں۔
یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ یہ quasiparticles سردی کو بہت پسند کرتے ہیں؛ ان کی سرگرمی کا مشاہدہ صرف انتہائی کم درجہ حرارت پر کیا جا سکتا ہے، جو ان کے عملی استعمال کو شدید حد تک محدود کر دیتا ہے۔ لیکن یہ پہلے تھا۔ اس کام میں، سائنسدان درجہ حرارت کی حد پر قابو پانے اور انہیں کمرے کے درجہ حرارت پر استعمال کرنے میں کامیاب رہے۔
پولرائٹنز کی اہم خصوصیت فوٹون کو ایک دوسرے سے باندھنے کی صلاحیت ہے۔ روبیڈیم ایٹموں سے ٹکرانے والے فوٹون بڑے پیمانے پر حاصل کرتے ہیں۔ متعدد تصادم کے عمل میں، فوٹون ایک دوسرے سے اچھالتے ہیں، لیکن غیر معمولی صورتوں میں وہ جوڑے اور ٹرپلٹس بناتے ہیں، جب کہ روبیڈیم ایٹم کی نمائندگی کرنے والے جوہری جزو کو کھو دیتے ہیں۔
لیکن روشنی کے ساتھ کچھ کرنے کے لئے، اسے پکڑنا ضروری ہے. اس کے لیے ایک آپٹیکل ریزونیٹر کی ضرورت ہوتی ہے جو کہ انعکاس عناصر کا مجموعہ ہے جو ایک کھڑی روشنی کی لہر بناتی ہے۔
اس مطالعے میں، اس سے بھی زیادہ غیر معمولی کواسی پارٹیکلز، ایکزائٹون پولرائٹنز، جو ایک بصری گہا میں پھنسے ہوئے ایکزٹون اور فوٹون کے مضبوط جوڑے کی وجہ سے بنتے ہیں، ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں۔
تاہم، یہ کافی نہیں ہے، کیونکہ ایک مادی بنیاد ضروری ہے، تو بات کرنے کے لئے. اور کون، اگر ٹرانزیشن میٹل ڈیچلکوجینائیڈ (TDM) نہیں، تو یہ کردار دوسروں سے بہتر ادا کرے گا۔ مزید درست ہونے کے لیے، WS2 (ٹنگسٹن ڈسلفائیڈ) کا ایک monolayer کو خارج کرنے والے مواد کے طور پر استعمال کیا گیا، جس میں متاثر کن ایکزائٹن بائنڈنگ توانائیاں ہیں، جو مادی بنیاد کے انتخاب کے لیے ایک اہم معیار بن گئی۔
اوپر بیان کیے گئے تمام عناصر کے امتزاج نے کمرے کے درجہ حرارت پر چلنے والی برقی طور پر کنٹرول شدہ پولاریٹن ایل ای ڈی بنانا ممکن بنایا۔
اس آلے کو نافذ کرنے کے لیے، WS2 monolayer پتلی ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (hBN) سرنگ کی رکاوٹوں کے درمیان واقع ہے جس میں گرافین کی تہیں الیکٹروڈ کے طور پر کام کرتی ہیں۔
تحقیق کے نتائج
ڈبلیو ایس 2، ایک ٹرانزیشن میٹل ڈیچلکوجینائیڈ ہونے کے ناطے، جوہری طور پر پتلا وین ڈیر والز (vdW) مواد بھی ہے۔ یہ اس کی منفرد برقی، نظری، مکینیکل اور تھرمل خصوصیات کی نشاندہی کرتا ہے۔
دیگر وی ڈی ڈبلیو مواد، جیسے گرافین (ایک موصل کے طور پر) اور ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (ایچ بی این، ایک انسولیٹر کے طور پر) کے ساتھ مل کر، برقی طور پر کنٹرول شدہ سیمی کنڈکٹر آلات کی ایک پوری قسم، جس میں ایل ای ڈی شامل ہیں، کو محسوس کیا جا سکتا ہے۔ وین ڈیر والز کے مواد اور پولرائٹنز کے اسی طرح کے امتزاج کو پہلے ہی محسوس کیا جا چکا ہے، جیسا کہ محققین واضح طور پر بیان کرتے ہیں۔ تاہم، پچھلی تحریروں میں، نتیجے میں آنے والے نظام پیچیدہ اور نامکمل تھے، اور ہر ایک اجزاء کی مکمل صلاحیت کو ظاہر نہیں کرتے تھے۔
پیشروؤں سے متاثر خیالات میں سے ایک دو جہتی مادی پلیٹ فارم کا استعمال تھا۔ اس صورت میں، جوہری طور پر پتلی اخراج کی تہوں والے آلات کو لاگو کرنا ممکن ہے جو دوسرے وی ڈی ڈبلیو مواد کے ساتھ مربوط ہو سکتے ہیں جو رابطے (گرافین) اور ٹنلنگ بیریئرز (hBN) کے طور پر کام کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، یہ دو جہتی پولاریٹن ایل ای ڈی کو غیر معمولی مقناطیسی خصوصیات، مضبوط سپر کنڈکٹیویٹی، اور/یا غیر معیاری ٹاپولوجیکل ٹرانسفر کے ساتھ vdW مواد کے ساتھ جوڑنا ممکن بناتی ہے۔ اس طرح کے مجموعہ کے نتیجے میں، آپ کو ایک مکمل طور پر نئی قسم کا آلہ مل سکتا ہے، جس کی خصوصیات بہت غیر معمولی ہوسکتی ہیں. لیکن، جیسا کہ سائنسدان کہتے ہیں، یہ ایک اور مطالعہ کا موضوع ہے۔
تصویر #1
تصویر پر 1 ایک آلے کا تین جہتی ماڈل دکھاتا ہے جو پرت کیک سے ملتا ہے۔ آپٹیکل ریزونیٹر کا اوپری آئینہ چاندی کی پرت ہے، اور نیچے والا 12 پرت کا ہے۔ بریگ ریفلیکٹر*. فعال علاقے میں ایک ٹنل زون ہے۔
تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر* - کئی تہوں کا ایک ڈھانچہ، جس میں مواد کا اضطراری انڈیکس وقتاً فوقتاً تہوں کے لیے کھڑا بدلتا رہتا ہے۔
ٹنل زون ایک وی ڈی ڈبلیو ہیٹرو سٹرکچر پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ڈبلیو ایس 2 مونولیئر (لائٹ ایمیٹر)، مونولیئر (سرنگ کی رکاوٹ) کے دونوں طرف پتلی ایچ بی این پرتیں اور گرافین (الیکٹرانوں اور سوراخوں کے تعارف کے لیے شفاف الیکٹروڈ) ہوتے ہیں۔
آسکیلیٹر کی مجموعی طاقت کو بڑھانے کے لیے مزید دو WS2 پرتیں شامل کی گئیں اور اس لیے پولاریٹن ریاستوں کی مزید واضح ربی تقسیم ہو گئی۔
ریزونیٹر کے آپریٹنگ موڈ کو پی ایم ایم اے پرت کی موٹائی (پولیمتھائل میتھکریلیٹ، یعنی پلیکسیگلاس) کو تبدیل کرکے ٹیون کیا جاتا ہے۔
Изображение 1b یہ تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر کی سطح پر وی ڈی ڈبلیو ہیٹرسٹرکچر کا سنیپ شاٹ ہے۔ تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر کی اعلی عکاسی کی وجہ سے، جو کہ نیچے کی تہہ ہے، تصویر میں موجود ٹنل زون میں ریفلیکشن کنٹراسٹ بہت کم ہے، جس کے نتیجے میں صرف hBN کی اوپری موٹی تہہ ہی نظر آتی ہے۔
شیڈول ایکس این ایم ایکس ایکس۔ نقل مکانی کے تحت ٹنل جیومیٹری میں vdW heterostructure کے زون ڈایاگرام کی نمائندگی کرتا ہے۔ الیکٹرولومینیسینس (EL) کو تھریشولڈ وولٹیج کے اوپر دیکھا جاتا ہے جب اوپری (نچلے) گرافین کی فرمی لیول کو WS2 کنڈکشن (ویلنس) بینڈ کے اوپر (نیچے) منتقل کیا جاتا ہے، جس سے ایک الیکٹران (سوراخ) کو WS2 کنڈکشن (ویلنس) میں سرنگ کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ بینڈ یہ WS2 پرت میں ایکزٹون کی تشکیل کے لیے سازگار حالات پیدا کرتا ہے جس کے بعد ریڈی ایٹیو (ریڈی ایٹیو) الیکٹران ہول کا دوبارہ مجموعہ ہوتا ہے۔
pn جنکشن پر مبنی روشنی کے اخراج کے برعکس، جن کو چلانے کے لیے ڈوپنگ کی ضرورت ہوتی ہے، ٹنل ڈیوائسز کا EL مکمل طور پر ٹنل کرنٹ پر منحصر ہوتا ہے، جو آپٹیکل نقصانات اور درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے ہونے والی مزاحمتی صلاحیت میں کسی بھی تبدیلی سے بچتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، سرنگ کا فن تعمیر pn جنکشن پر مبنی ڈیکلکوجینائیڈ آلات کے مقابلے میں بہت زیادہ تابکاری کے علاقے کی اجازت دیتا ہے۔
Изображение 1d ٹنلنگ کرنٹ کثافت کی برقی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے (J) تعصب وولٹیج کے فنکشن کے طور پر (V) گرافین الیکٹروڈ کے درمیان۔ مثبت اور منفی دونوں وولٹیج کے لیے کرنٹ میں تیزی سے اضافہ ساخت کے ذریعے سرنگ کرنٹ کی موجودگی کی نشاندہی کرتا ہے۔ hBN تہوں (~2 nm) کی زیادہ سے زیادہ موٹائی پر، ایک اہم ٹنلنگ کرنٹ اور ریڈی ایٹو ری کمبینیشن کے لیے امپلانٹڈ کیریئرز کی زندگی میں اضافہ دیکھا جاتا ہے۔
الیکٹرولومینیسینس تجربے سے پہلے، آلہ کو سفید روشنی کی عکاسی کے ساتھ کونیی ریزولوشن کے ساتھ خصوصیت کی گئی تھی تاکہ مضبوط ایکزائٹن بائنڈنگ کی موجودگی کی تصدیق کی جا سکے۔
تصویر #2
تصویر پر 2 آلے کے فعال علاقے سے زاویہ سے حل شدہ عکاسی سپیکٹرا دکھایا گیا ہے، جو اینٹی کراسنگ رویے کو ظاہر کرتا ہے۔ فوٹو لومینیسینس (PL) کو بھی غیر گونجنے والی اتیجیت (460 nm) کے ساتھ دیکھا گیا، جس میں پولاریٹن کی نچلی شاخ سے شدید اخراج اور پولاریٹن کی اوپری شاخ سے کمزور اخراج ظاہر ہوتا ہے۔2b).
پر ایکس این ایم ایکس ایکس۔ پولاریٹن کے الیکٹرولومینیسینس کا پھیلاؤ 0.1 μA/μm2 کے اندراج کے لیے دکھایا گیا ہے۔ الیکٹرولومینیسینس تجربے میں آسکیلیٹر طریقوں (ٹھوس اور نقطے والی سفید لکیر) کو فٹ کر کے حاصل کردہ ربی اسپلٹنگ اور ریزونیٹر ڈیٹوننگ بالترتیب ～33 meV اور ～-13 meV ہیں۔ ریزونیٹر ڈیٹوننگ کی تعریف δ = Ec − Ex کے طور پر کی گئی ہے، جہاں Ex exciton انرجی ہے اور Ec ہوائی جہاز میں صفر کی رفتار کے ساتھ ریزونیٹر فوٹون انرجی ہے۔ شیڈول 2d یہ الیکٹرولومینیسینٹ بازی سے مختلف زاویوں پر کٹ ہے۔ یہاں کوئی واضح طور پر اوپری اور نچلے پولاریٹن طریقوں کے پھیلاؤ کو دیکھ سکتا ہے جس میں ایکزائٹن ریزوننس زون میں اینٹی کراسنگ ہوتی ہے۔
تصویر #3
جیسے جیسے ٹنلنگ کرنٹ بڑھتا ہے، کل EL کی شدت میں اضافہ ہوتا ہے۔ پولریٹنز سے کمزور EL دہلیز کے تعصب کے قریب دیکھا جاتا ہے (3)، جبکہ حد سے اوپر کافی بڑی شفٹ پر، پولاریٹن کا اخراج الگ ہو جاتا ہے (3b).
تصویر پر ایکس این ایم ایکس ایکس۔ زاویہ کے فنکشن کے طور پر EL کی شدت کا ایک قطبی گراف دکھاتا ہے، جس میں ± 15° کا ایک تنگ اخراج شنک دکھایا جاتا ہے۔ کم از کم (سبز وکر) اور زیادہ سے زیادہ (نارنجی منحنی) اتیجیت کرنٹ دونوں کے لیے تابکاری کا نمونہ عملی طور پر کوئی تبدیلی نہیں کرتا۔ پر 3d مربوط شدت مختلف متحرک سرنگوں کے دھاروں کے لیے دکھائی گئی ہے، جو کہ جیسا کہ گراف سے دیکھا جا سکتا ہے، کافی لکیری ہے۔ لہٰذا، کرنٹ کو اعلیٰ اقدار تک بڑھانا نچلی شاخ کے ساتھ پولرائٹنز کے کامیاب بکھرنے کا باعث بن سکتا ہے اور قطبین کی نسل کی وجہ سے ایک انتہائی تنگ تابکاری کا نمونہ بنا سکتا ہے۔ تاہم، اس تجربے میں، ایچ بی این ٹنلنگ بیریئر کے ڈائی الیکٹرک بریک ڈاؤن سے منسلک حد کی وجہ سے یہ ممکن نہیں تھا۔
پر سرخ نقطے 3d ایک اور اشارے کی پیمائش دکھائیں - بیرونی کوانٹم کارکردگی*.
کوانٹم کارکردگی* فوٹان کی تعداد کا تناسب ہے جن کے جذب ہونے سے جذب شدہ فوٹونز کی کل تعداد میں کواسی پارٹیکلز کی تشکیل ہوتی ہے۔
مشاہدہ شدہ کوانٹم کارکردگی دوسرے پولاریٹن ایل ای ڈی (نامیاتی مواد، کاربن ٹیوبوں وغیرہ پر مبنی) کے مقابلے میں ہے۔ واضح رہے کہ زیر مطالعہ ڈیوائس میں روشنی خارج کرنے والی تہہ کی موٹائی صرف 0.7 nm ہے، جب کہ دیگر ڈیوائسز میں یہ قدر اس سے کہیں زیادہ ہے۔ سائنس دان اس حقیقت کو نہیں چھپاتے کہ ان کے آلے کا کوانٹم ایفیشنسی انڈیکس سب سے زیادہ نہیں ہے، لیکن اسے ٹنل زون کے اندر بڑی تعداد میں monolayers رکھ کر، hBN کی پتلی تہوں سے الگ کیا جا سکتا ہے۔
محققین نے ایک اور ڈیوائس بنا کر پولاریٹن کے EL پر resonator detuning کے اثر و رسوخ کا بھی تجربہ کیا، لیکن ایک مضبوط detuning (-43 meV) کے ساتھ۔
تصویر #4
تصویر پر 4 EL سپیکٹرا کو 0.2 μA/μm2 کی موجودہ کثافت پر اس طرح کے آلے کی کونیی ریزولوشن کے ساتھ دکھایا گیا ہے۔ مضبوط ڈیٹوننگ کی وجہ سے، ڈیوائس EL میں ایک واضح رکاوٹ کا اثر ظاہر کرتا ہے جس میں زیادہ سے زیادہ اخراج بڑے زاویے پر ہوتا ہے۔ تصویر میں اس کی مزید تصدیق ہوتی ہے۔ 4b، جہاں اس ڈیوائس کے قطبی پلاٹوں کا موازنہ پہلے سے کیا جاتا ہے (ایکس این ایم ایکس ایکس۔).
مطالعہ کی باریکیوں سے مزید تفصیلی واقفیت کے لیے، میں اسے دیکھنے کی تجویز کرتا ہوں۔ .
اپسنہار
اس طرح، اوپر بیان کیے گئے تمام مشاہدات اور پیمائش آپٹیکل مائیکرو کیویٹی میں سرایت شدہ vdW heterostructure میں پولاریٹن الیکٹرو لومینیسینس کی موجودگی کی تصدیق کرتی ہیں۔ زیر مطالعہ آلے کا سرنگ کا فن تعمیر WS2 monolayer میں الیکٹران/سوراخ اور دوبارہ ملاپ کو یقینی بناتا ہے، جو روشنی کے اخراج کا کام کرتا ہے۔ یہ ضروری ہے کہ آلے کے سرنگ میکانزم کو اجزاء کی ملاوٹ کی ضرورت نہ ہو، جو نقصانات اور درجہ حرارت سے متعلق مختلف تبدیلیوں کو کم سے کم کرتا ہے۔
یہ پایا گیا کہ گونج کے منتشر ہونے کی وجہ سے EL میں زیادہ ڈائریکٹیوٹی ہے۔ لہٰذا، ریزونیٹر کے معیار کے عنصر کو بہتر بنانے اور زیادہ کرنٹ سپلائی سے مائیکرو کیویٹی ایل ای ڈی کے ساتھ ساتھ برقی طور پر کنٹرول شدہ مائیکرو کیویٹی پولرائٹنز اور فوٹوون لیزرز کی کارکردگی بہتر ہوگی۔
اس کام نے ایک بار پھر اس بات کی تصدیق کی کہ ٹرانزیشن میٹل ڈیچلکوجینائیڈز واقعی منفرد خصوصیات اور ایپلی کیشنز کی ایک بہت وسیع رینج رکھتے ہیں۔
اس طرح کی تحقیق اور اختراعی ایجادات LEDs اور روشنی کے ذریعے ڈیٹا ٹرانسمیشن ٹیکنالوجیز کی ترقی اور پھیلاؤ کو بہت زیادہ متاثر کر سکتی ہیں۔ اس طرح کی مستقبل کی ٹیکنالوجیز میں Li-Fi شامل ہے، جو فی الحال دستیاب Wi-Fi کے مقابلے میں نمایاں طور پر تیز رفتار فراہم کر سکتی ہے۔
آپ کی توجہ کے لیے آپ کا شکریہ، متجسس رہیں اور سب کا ہفتہ اچھا گزرے! 🙂
ہمارے ساتھ رہنے کے لیے آپ کا شکریہ۔ کیا آپ کو ہمارے مضامین پسند ہیں؟ مزید دلچسپ مواد دیکھنا چاہتے ہیں؟ آرڈر دے کر یا دوستوں کو مشورہ دے کر ہمارا ساتھ دیں، انٹری لیول سرورز کے انوکھے اینالاگ پر Habr کے صارفین کے لیے 30% رعایت، جو ہم نے آپ کے لیے ایجاد کیا تھا: (RAID1 اور RAID10 کے ساتھ دستیاب، 24 کور تک اور 40GB DDR4 تک)۔
ڈیل R730xd 2 گنا سستا؟ صرف یہاں نیدرلینڈ میں! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 سے! کے بارے میں پڑھا
ماخذ: www.habr.com