"میوٹیشن ارتقاء کے اسرار کو کھولنے کی کلید ہے۔ سادہ ترین جاندار سے غالب حیاتیاتی انواع تک ترقی کا راستہ ہزاروں سال پر محیط ہے۔ لیکن ہر لاکھ سال بعد ارتقاء میں ایک تیز چھلانگ لگتی ہے" (چارلس زیویئر، ایکس مین، 2000)۔ اگر ہم مزاحیہ اور فلموں میں موجود تمام سائنس فکشن عناصر کو رد کر دیں تو پروفیسر ایکس کے الفاظ بالکل درست ہیں۔ کسی چیز کی نشوونما زیادہ تر وقت یکساں طور پر آگے بڑھتی ہے، لیکن بعض اوقات ایسی چھلانگیں ہوتی ہیں جو پورے عمل پر بہت زیادہ اثر ڈالتی ہیں۔ یہ نہ صرف پرجاتیوں کے ارتقاء پر لاگو ہوتا ہے، بلکہ ٹیکنالوجی کے ارتقاء پر بھی لاگو ہوتا ہے، جس کا بنیادی محرک لوگ، ان کی تحقیق اور ایجادات ہیں۔ آج ہم ایک ایسی تحقیق سے واقف ہوں گے جو اس کے مصنفین کے مطابق نینو ٹیکنالوجی میں ایک حقیقی ارتقائی چھلانگ ہے۔ نارتھ ویسٹرن یونیورسٹی (USA) کے سائنسدانوں نے ایک نیا دو جہتی ہیٹرسٹرکچر بنانے کا انتظام کیسے کیا، گرافین اور بوروفین کو بنیاد کے طور پر کیوں چنا گیا، اور اس طرح کے نظام میں کیا خصوصیات ہوسکتی ہیں؟ اس بارے میں ریسرچ گروپ کی رپورٹ ہمیں بتائے گی۔ جاؤ.
تحقیق کی بنیاد
ہم نے "گرافین" کی اصطلاح کئی بار سنی ہے؛ یہ کاربن کی دو جہتی تبدیلی ہے، جس میں کاربن ایٹم 1 ایٹم موٹی پرت ہوتی ہے۔ لیکن "بوروفین" انتہائی نایاب ہے۔ اس اصطلاح سے مراد ایک دو جہتی کرسٹل ہے جو مکمل طور پر بوران (B) ایٹموں پر مشتمل ہوتا ہے۔ بوروفین کے وجود کے امکان کی پہلی بار 90 کی دہائی کے وسط میں پیش گوئی کی گئی تھی، لیکن عملی طور پر یہ ڈھانچہ صرف 2015 تک حاصل کیا گیا تھا۔
بوروفین کا جوہری ڈھانچہ تکونی اور مسدس عناصر پر مشتمل ہوتا ہے اور یہ دو سینٹر اور ملٹی سینٹر ان پلین بانڈز کے درمیان تعامل کا نتیجہ ہے، جو الیکٹران کی کمی والے عناصر کے لیے بہت عام ہے، جس میں بوران بھی شامل ہے۔
*دو سنٹر اور ملٹی سینٹر بانڈز سے ہمارا مطلب کیمیکل بانڈز ہے - ایٹموں کے تعامل جو ایک واحد ڈھانچے کے طور پر مالیکیول یا کرسٹل کے استحکام کو نمایاں کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک دو مرکز والا دو الیکٹران بانڈ اس وقت ہوتا ہے جب 2 ایٹم 2 الیکٹرانوں کا اشتراک کرتے ہیں، اور ایک دو مرکز والا تین الیکٹران بانڈ اس وقت ہوتا ہے جب 2 ایٹم اور 3 الیکٹران وغیرہ۔
جسمانی نقطہ نظر سے، بوروفین گرافین سے زیادہ مضبوط اور زیادہ لچکدار ہو سکتا ہے۔ یہ بھی خیال کیا جاتا ہے کہ بوروفین کے ڈھانچے بیٹریوں کے لیے ایک مؤثر تکمیل ہو سکتے ہیں کیونکہ بوروفین میں اعلیٰ مخصوص صلاحیت اور منفرد الیکٹرانک چالکتا اور آئن ٹرانسپورٹ کی خصوصیات ہیں۔ تاہم، اس وقت یہ صرف ایک نظریہ ہے۔
ہونا متضاد عنصر*بوران میں کم از کم 10 ہوتے ہیں۔ الاٹروپس*. دو جہتی شکل میں، اسی طرح پولیمورفزم* بھی مشاہدہ کیا جاتا ہے.
متضاد عنصر* تین ہم آہنگی بانڈز بنانے کی صلاحیت رکھتا ہے، جس کی توازن تین ہے۔
الاٹروپی* - جب ایک کیمیائی عنصر کو دو یا زیادہ سادہ مادوں کی شکل میں پیش کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، کاربن - ہیرا، گرافین، گریفائٹ، کاربن نانوٹوبس وغیرہ۔
پولیمورفزم* - مختلف کرسٹل ڈھانچے (پولیمورفک ترمیم) میں مادہ کی موجودگی کی صلاحیت۔ سادہ مادوں کے معاملے میں، یہ اصطلاح الاٹروپی کا مترادف ہے۔
اس وسیع پولیمورفزم کو دیکھتے ہوئے، یہ تجویز کیا جاتا ہے کہ بوروفین نئے دو جہتی ہیٹرو سٹرکچرز بنانے کے لیے ایک بہترین امیدوار ہو سکتا ہے، کیونکہ مختلف بوران بانڈنگ کنفیگریشنز کو جالیوں کے ملاپ کی ضروریات کو نرم کرنا چاہیے۔ بدقسمتی سے، ترکیب میں مشکلات کی وجہ سے اس مسئلے کا پہلے خصوصی طور پر نظریاتی سطح پر مطالعہ کیا گیا تھا۔
بلک پرتوں والے کرسٹل سے حاصل کردہ روایتی 2D مواد کے لیے، عمودی ہیٹرسٹرکچر کو مکینیکل اسٹیکنگ کا استعمال کرتے ہوئے محسوس کیا جا سکتا ہے۔ دوسری طرف، دو جہتی لیٹرل ہیٹرسٹرکچر نیچے سے اوپر کی ترکیب پر مبنی ہیں۔ جوہری طور پر عین مطابق پس منظر کے heterostructures میں heterojunction فنکشنل کنٹرول کے مسائل کو حل کرنے کی بڑی صلاحیت ہوتی ہے، تاہم، covalent بانڈنگ کی وجہ سے، نامکمل جالیوں کے ملاپ کے نتیجے میں عام طور پر وسیع اور بے ترتیب انٹرفیس ہوتے ہیں۔ اس لیے صلاحیت تو ہے لیکن اس کے ادراک میں مشکلات بھی ہیں۔
اس کام میں، محققین بوروفین اور گرافین کو ایک دو جہتی ہیٹرسٹرکچر میں ضم کرنے میں کامیاب ہوئے۔ بوروفین اور گرافین کے درمیان کرسٹللوگرافک جالیوں کی مماثلت اور ہم آہنگی کے باوجود، الٹرا ہائی ویکیوم (UHV) کے تحت ایک Ag(111) سبسٹریٹ پر کاربن اور بوران کے ترتیب وار جمع ہونے کے نتیجے میں تقریباً جوہری طور پر عین مطابق لیٹرل ہیٹرو انٹرفیسز کے ساتھ پیش گوئی کی گئی ہے .
مطالعہ کی تیاری
heterostructure کا مطالعہ کرنے سے پہلے، اسے من گھڑت بنانا تھا۔ گرافین اور بوروفین کی نشوونما ایک انتہائی ہائی ویکیوم چیمبر میں 1x10-10 ملی بار کے دباؤ کے ساتھ کی گئی تھی۔
سنگل کرسٹل Ag(111) سبسٹریٹ کو بار بار Ar+ سپٹرنگ (1 x 10-5 ملی بار، 800 eV، 30 منٹ) اور تھرمل اینیلنگ (550 ° C، 45 منٹ) کے ذریعے صاف کیا گیا تاکہ ایٹمی طور پر صاف اور فلیٹ Ag( 111) سطح۔
گرافین کو ایک خالص (99,997%) گریفائٹ راڈ کے الیکٹران بیم کے بخارات سے اگایا گیا تھا جس کا قطر 2.0 ملی میٹر ایک Ag (750) سبسٹریٹ پر 111 °C پر گرم کیا گیا تھا جو ~ 1.6 A کے حرارتی کرنٹ اور ~ 2 kV کے تیز رفتار وولٹیج پر تھا۔ ، جو ~ 70 mA اور کاربن بہاؤ ~ 40 nA کا اخراج کرنٹ دیتا ہے۔ چیمبر میں دباؤ 1 x 10-9 ملیبارس تھا۔
بوروفین کو ایک خالص (99,9999%) بوران راڈ کے الیکٹران بیم کے بخارات کے ذریعے اگ (400) پر سبمونولیئر گرافین پر 500-111 °C پر گرم کیا گیا تھا۔ فلیمینٹ کرنٹ ~1.5 A تھا اور تیز کرنے والا وولٹیج 1.75 kV تھا، جو ~ 34 mA کا اخراج کرنٹ اور ~ 10 nA کا بوران بہاؤ دیتا ہے۔ بوروفین کی افزائش کے دوران چیمبر میں دباؤ تقریباً 2 x 10-10 ملیبارس تھا۔
تحقیق کے نتائج
تصویر #1
تصویر پر 1A دکھایا گیا STM* بڑھے ہوئے گرافین کا ایک سنیپ شاٹ، جہاں نقشے کا استعمال کرتے ہوئے گرافین ڈومینز کو بہترین انداز میں دیکھا جاتا ہے dI/dV (1V)، کہاں I и V ٹنلنگ کرنٹ اور نمونے کی نقل مکانی، اور d - کثافت.
STM* - ٹنلنگ خوردبین کو اسکین کرنا۔
dI/dV نمونے کے نقشوں نے ہمیں Ag(111) سبسٹریٹ کے مقابلے گرافین کی ریاستوں کی اعلی مقامی کثافت دیکھنے کی اجازت دی۔ پچھلے مطالعات کے مطابق، Ag (111) کی سطحی حالت ایک قدم کی خصوصیت رکھتی ہے، جو مثبت توانائیوں کی طرف منتقل ہوتی ہے۔ dI/dV گرافین کا سپیکٹرم (1S)، جو گرافین کی ریاستوں کی اعلی مقامی کثافت کی وضاحت کرتا ہے۔ 1V 0.3 eV پر۔
تصویر پر 1D ہم سنگل لیئر گرافین کی ساخت دیکھ سکتے ہیں، جہاں شہد کے چھتے کی جالی اور moiré سپر اسٹرکچر*.
سپر اسٹرکچر* - ایک کرسٹلائن مرکب کی ساخت کی ایک خصوصیت جو ایک خاص وقفے سے دہراتی ہے اور اس طرح مختلف الٹرنیشن پیریڈ کے ساتھ ایک نئی ساخت بناتی ہے۔
موئیر* - ایک دوسرے کے اوپر دو متواتر میش پیٹرن کی سپرپوزیشن۔
کم درجہ حرارت پر، نمو ڈینڈریٹک اور خراب گرافین ڈومینز کی تشکیل کا باعث بنتی ہے۔ گرافین اور بنیادی سبسٹریٹ کے درمیان کمزور تعامل کی وجہ سے، بنیادی Ag(111) کے حوالے سے گرافین کی گردشی سیدھ منفرد نہیں ہے۔
بوران جمع کرنے کے بعد، ٹنلنگ مائیکروسکوپی کو اسکین کرنا (1 ای۔) نے بوروفین اور گرافین ڈومینز کے امتزاج کی موجودگی کو ظاہر کیا۔ تصویر میں گرافین کے اندر کے علاقے بھی نظر آتے ہیں، جنہیں بعد میں بوروفین (تصویر میں اشارہ کیا گیا ہے Gr/B)۔ لکیری عناصر جو تین سمتوں پر مبنی ہیں اور 120° کے زاویہ سے الگ کیے گئے ہیں اس علاقے میں بھی واضح طور پر نظر آتے ہیں (پیلا تیر)۔
تصویر #2
تصویر آن 2Aبھی 1 ای۔، بوران جمع ہونے کے بعد گرافین میں مقامی سیاہ ڈپریشن کی ظاہری شکل کی تصدیق کریں۔
ان فارمیشنوں کو بہتر طریقے سے جانچنے اور ان کی اصلیت کا پتہ لگانے کے لیے، اسی علاقے کی ایک اور تصویر لی گئی، لیکن نقشوں کا استعمال کرتے ہوئے |dlnI/dz| (2B)، کہاں I - ٹنل کرنٹ، d کثافت ہے، اور z - جانچ کے نمونے کی علیحدگی (مائکروسکوپ کی سوئی اور نمونے کے درمیان خلا)۔ اس تکنیک کا استعمال اعلی مقامی ریزولوشن والی تصاویر حاصل کرنا ممکن بناتا ہے۔ آپ اس کے لیے خوردبین کی سوئی پر CO یا H2 بھی استعمال کر سکتے ہیں۔
Изображение 2S ایس ٹی ایم کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کردہ ایک تصویر ہے جس کی نوک CO کے ساتھ لیپت تھی۔ تصاویر کا موازنہ А, В и С ظاہر کرتا ہے کہ تمام جوہری عناصر کو تین ملحقہ روشن مسدس کے طور پر بیان کیا گیا ہے جو دو غیر مساوی سمتوں میں ہیں (تصاویر میں سرخ اور پیلے رنگ کے مثلث)۔
اس علاقے کی توسیع شدہ تصاویر (2D) اس بات کی تصدیق کرتے ہیں کہ یہ عناصر بوران ڈوپینٹ کی نجاست کے ساتھ متفق ہیں، جو دو گرافین ذیلی جگہوں پر قابض ہیں، جیسا کہ سپر امپوزڈ ڈھانچے سے اشارہ کیا گیا ہے۔
خوردبین کی سوئی کی CO کوٹنگ نے بوروفین شیٹ کی ہندسی ساخت کو ظاہر کرنا ممکن بنایا (2 ای۔)، جو کہ ناممکن ہو گا اگر سوئی معیاری (دھاتی) بغیر CO کوٹنگ کے ہو۔
تصویر #3
بوروفین اور گرافین کے درمیان پس منظر کے ہیٹرو انٹرفیس کی تشکیل (3A) اس وقت ہونا چاہئے جب بوروفین گرافین ڈومینز کے آگے بڑھے جو پہلے سے بوران پر مشتمل ہو۔
سائنس دان یاد دلاتے ہیں کہ گرافین-ایچ بی این (گرافین + بوران نائٹرائڈ) پر مبنی لیٹرل ہیٹرو انٹرفیس میں جالی مستقل مزاجی ہوتی ہے، اور ٹرانزیشن میٹل ڈیکلکوجینائیڈز پر مبنی ہیٹروجنکشنز میں ہم آہنگی ہوتی ہے۔ graphene/borophene کے معاملے میں، صورت حال قدرے مختلف ہے - ان میں جالی مستقل یا کرسٹل ہم آہنگی کے لحاظ سے کم سے کم ساختی مماثلت ہے۔ تاہم، اس کے باوجود، لیٹرل گرافین/بوروفین ہیٹرو انٹرفیس تقریباً کامل ایٹم مستقل مزاجی کو ظاہر کرتا ہے، جس میں بورون قطار (B-row) کی سمتیں گرافین کی زگ زیگ (ZZ) سمتوں کے ساتھ منسلک ہوتی ہیں۔3A)۔ پر 3V Heterointerface کے ZZ خطے کی ایک بڑی تصویر دکھائی گئی ہے (نیلی لکیریں بوران کاربن ہم آہنگی بانڈز کے مطابق انٹرفیشل عناصر کی نشاندہی کرتی ہیں)۔
چونکہ بوروفین گرافین کے مقابلے میں کم درجہ حرارت پر بڑھتا ہے، اس لیے بوروفین کے ساتھ ہیٹرو انٹرفیس بناتے وقت گرافین ڈومین کے کناروں میں زیادہ نقل و حرکت کا امکان نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، تقریبا جوہری طور پر عین مطابق ہیٹرو انٹرفیس ممکنہ طور پر ملٹی سائٹ بوران بانڈز کی مختلف ترتیبوں اور خصوصیات کا نتیجہ ہے۔ اسکیننگ ٹنلنگ سپیکٹروسکوپی سپیکٹرا (3S) اور تفریق سرنگ چالکتا (3D) دکھاتے ہیں کہ گرافین سے بوروفین میں الیکٹرانک منتقلی ~5 Å کے فاصلے پر ہوتی ہے جس میں کوئی مرئی انٹرفیس حالت نہیں ہوتی ہے۔
تصویر پر 3 ای۔ تین سکیننگ ٹنلنگ سپیکٹروسکوپی سپیکٹرا دکھائے گئے ہیں جو 3D میں تین ڈیشڈ لائنوں کے ساتھ لیے گئے ہیں، جو اس بات کی تصدیق کرتے ہیں کہ یہ مختصر الیکٹرانک منتقلی مقامی انٹرفیشل ڈھانچے کے لیے غیر حساس ہے اور اس کا موازنہ بوروفین-سلور انٹرفیس سے کیا جا سکتا ہے۔
تصویر #4
گرافین تعامل* اس کا پہلے بھی وسیع پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے، لیکن انٹرکلینٹ کو حقیقی 2D شیٹس میں تبدیل کرنا نسبتاً نایاب ہے۔
تعامل* - دوسرے مالیکیولز یا مالیکیولز کے گروپوں کے درمیان مالیکیول یا مالیکیولز کے گروپ کی الٹ جانے والی شمولیت۔
بوران کا چھوٹا جوہری رداس اور گرافین اور Ag(111) کے درمیان کمزور تعامل بوران کے ساتھ گرافین کے ممکنہ تعامل کا مشورہ دیتے ہیں۔ تصویر میں 4A ثبوت نہ صرف بوران انٹرکلیشن کے پیش کیے گئے ہیں، بلکہ عمودی بوروفین-گرافین ہیٹرو اسٹرکچرز کی تشکیل کے بارے میں بھی پیش کیا گیا ہے، خاص طور پر گرافین سے گھرا ہوا مثلث ڈومین۔ اس سہ رخی ڈومین پر مشاہدہ کیا گیا شہد کے چھتے کی جالی گرافین کی موجودگی کی تصدیق کرتی ہے۔ تاہم، یہ گرافین ارد گرد کے گرافین (4V)۔ Ag(111) پر براہ راست گرافین کے مقابلے میں، سپیکٹرم میں ریاستوں کی اعلی مقامی کثافت کا کوئی ثبوت نہیں ہے۔ dI/dV (4C, blue curve)، Ag(111) سطحی حالت سے مطابقت رکھتا ہے، بوران انٹرکلیشن کا پہلا ثبوت ہے۔
نیز، جیسا کہ جزوی تعامل کے لیے توقع کی جاتی ہے، گرافین جالی گرافین اور تکونی خطہ (4D - پر ایک مستطیل علاقے سے مساوی ہے۔ 4A, سرخ نقطے والی لکیر میں چکر لگا ہوا)۔ مائکروسکوپ کی سوئی پر CO استعمال کرنے والی تصویر نے بھی بوران متبادل نجاست کی موجودگی کی تصدیق کی ہے (4E - پر ایک مستطیل علاقے سے مساوی ہے۔ 4A, پیلے رنگ کے نقطے والی لکیر میں چکر لگایا ہوا)۔
تجزیہ کے دوران بغیر کسی کوٹنگ کے مائکروسکوپ سوئیاں بھی استعمال کی گئیں۔ اس صورت میں، ایک جہتی لکیری عناصر کی نشانیاں 5 Å کی متواتریت کے ساتھ انٹرکیلیٹڈ گرافین ڈومینز (4F и 4G)۔ یہ یک جہتی ڈھانچے بوروفین ماڈل میں بورون کی قطاروں سے مشابہت رکھتے ہیں۔ گرافین کے مطابق پوائنٹس کے سیٹ کے علاوہ، فوئیر تصویر کو تبدیل کرتا ہے 4G آرتھوگونل پوائنٹس کا ایک جوڑا دکھاتا ہے جو 3 Å x 5 Å مستطیل جالی (4H)، جو بوروفین ماڈل کے ساتھ بہترین معاہدے میں ہے۔ اس کے علاوہ، لکیری عناصر کی صف کا مشاہدہ ٹرپل واقفیت (1 ای۔) بوروفین شیٹس کے لئے مشاہدہ کردہ اسی بنیادی ڈھانچے سے اچھی طرح متفق ہے۔
یہ تمام مشاہدات Ag کے کناروں کے قریب بوروفین کے ذریعہ گرافین کے باہمی تعامل کی سختی سے تجویز کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں عمودی بوروفین – گرافین ہیٹرو اسٹرکچرز کی تشکیل ہوتی ہے، جسے گرافین کی ابتدائی کوریج میں اضافہ کرکے فائدہ مند طریقے سے محسوس کیا جاسکتا ہے۔
4I پر عمودی ہیٹرسٹرکچر کی اسکیمیٹک نمائندگی ہے۔ 4H، جہاں بوران قطار (گلابی تیر) کی سمت گرافین (سیاہ تیر) کی زگ زیگ سمت کے ساتھ قریب سے منسلک ہوتی ہے، اس طرح ایک گھماؤ متناسب عمودی ہیٹرسٹرکچر تشکیل دیتا ہے۔
مطالعہ کی باریکیوں سے مزید تفصیلی واقفیت کے لیے، میں اسے دیکھنے کی تجویز کرتا ہوں۔ и اس کو.
اپسنہار
اس مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ بوروفین گرافین کے ساتھ پس منظر اور عمودی ہیٹرو اسٹرکچر بنانے کے قابل ہے۔ اس طرح کے نظام کو نینو ٹیکنالوجی میں استعمال ہونے والے دو جہتی عناصر کی نئی اقسام، لچکدار اور پہننے کے قابل الیکٹرانکس کے ساتھ ساتھ نئی قسم کے سیمی کنڈکٹرز کی ترقی میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔
خود محققین کا خیال ہے کہ ان کی ترقی الیکٹرانکس سے متعلقہ ٹیکنالوجیز کے لیے ایک طاقتور دھکا ثابت ہو سکتی ہے۔ تاہم، یہ یقینی طور پر کہنا اب بھی مشکل ہے کہ ان کے الفاظ نبوی ہوں گے۔ اس وقت ابھی بہت کچھ تحقیق کرنا، سمجھنا اور ایجاد کرنا باقی ہے تاکہ وہ سائنس فکشن خیالات جو سائنسدانوں کے ذہنوں میں بھر جاتے ہیں ایک مکمل حقیقت بن جائیں۔
پڑھنے کے لیے شکریہ، متجسس رہیں اور ایک اچھا ہفتہ گزاریں۔ 🙂
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