سب جانتے ہیں کہ پانی جمع کی تین حالتوں میں ہوتا ہے۔ ہم کیتلی کو لگاتے ہیں، اور پانی ابلنا اور بخارات بننے لگتا ہے، مائع سے گیس میں بدل جاتا ہے۔ ہم اسے فریزر میں رکھتے ہیں، اور یہ برف میں تبدیل ہونے لگتا ہے، اس طرح مائع سے ٹھوس حالت میں منتقل ہوتا ہے۔ تاہم، بعض حالات میں، ہوا میں موجود پانی کے بخارات مائع مرحلے کو نظرانداز کرتے ہوئے فوری طور پر ٹھوس مرحلے میں داخل ہو سکتے ہیں۔ ہم اس عمل کو اس کے نتیجے سے جانتے ہیں - ٹھنڈے موسم کے دن کھڑکیوں پر خوبصورت نمونے۔ کار کے شوقین افراد، جب ونڈشیلڈ سے برف کی تہہ کو کھرچتے ہیں، تو اکثر اس عمل کو بہت زیادہ سائنسی نہیں، بلکہ بہت جذباتی اور واضح الفاظ کا استعمال کرتے ہوئے نمایاں کرتے ہیں۔ ایک یا دوسرے طریقے سے، دو جہتی برف کی تشکیل کی تفصیلات کئی سالوں سے رازداری میں ڈوبی ہوئی تھیں۔ اور حال ہی میں، پہلی بار، سائنسدانوں کی ایک بین الاقوامی ٹیم اس کی تشکیل کے دوران دو جہتی برف کے جوہری ڈھانچے کو دیکھنے کے قابل تھی۔ اس بظاہر سادہ جسمانی عمل میں کون سے راز پوشیدہ ہیں، سائنسدانوں نے ان سے پردہ اٹھانے کا انتظام کیسے کیا اور ان کے نتائج کیسے کارآمد ہیں؟ اس بارے میں ریسرچ گروپ کی رپورٹ ہمیں بتائے گی۔ جاؤ.
تحقیق کی بنیاد
اگر ہم مبالغہ آرائی کریں تو ہمارے اردگرد کی تمام اشیاء تین جہتی ہیں۔ تاہم، اگر ہم ان میں سے کچھ پر غور کریں تو ہم دو جہتی بھی تلاش کر سکتے ہیں۔ برف کی ایک پرت جو کسی چیز کی سطح پر بنتی ہے اس کی ایک اہم مثال ہے۔ اس طرح کے ڈھانچے کا وجود سائنسی برادری کے لیے کوئی راز نہیں ہے، کیونکہ ان کا کئی بار تجزیہ کیا جا چکا ہے۔ لیکن مسئلہ یہ ہے کہ 2D برف کی تشکیل میں شامل میٹاسٹیبل یا انٹرمیڈیٹ ڈھانچے کا تصور کرنا کافی مشکل ہے۔ یہ عام مسائل کی وجہ سے ہے - زیر مطالعہ ڈھانچے کی نزاکت اور نزاکت۔
خوش قسمتی سے، جدید سکیننگ کے طریقے نمونوں کو کم سے کم اثر کے ساتھ تجزیہ کرنے کی اجازت دیتے ہیں، جس کی وجہ سے مندرجہ بالا وجوہات کی بنا پر مختصر وقت میں زیادہ سے زیادہ ڈیٹا حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اس مطالعہ میں، سائنسدانوں نے غیر رابطہ ایٹمی قوت مائکروسکوپی کا استعمال کیا، مائکروسکوپ کی سوئی کی نوک کاربن مونو آکسائیڈ (CO) کے ساتھ لیپت تھی۔ ان اسکیننگ ٹولز کا امتزاج سونے (Au) کی سطح پر اگنے والی دو جہتی بیلیئر ہیکساگونل برف کے کنارے کے ڈھانچے کی حقیقی وقت میں تصاویر حاصل کرنا ممکن بناتا ہے۔
مائکروسکوپی نے دکھایا ہے کہ دو جہتی برف کی تشکیل کے دوران، دو قسم کے کنارے (ایک کثیرالاضلاع کے دو عمودی حصوں کو جوڑنے والے حصے) بیک وقت اس کی ساخت میں ایک ساتھ رہتے ہیں: زگ زیگ (zigzag) اور کرسی کے سائز کا (کرسی).
مثال کے طور پر گرافین کا استعمال کرتے ہوئے آرم چیئر (بائیں) اور زگ زیگ (دائیں) کنارے۔
اس مرحلے پر، نمونے تیزی سے منجمد کر دیے گئے تھے، جس سے جوہری ڈھانچے کا تفصیلی جائزہ لیا جا سکتا تھا۔ ماڈلنگ بھی کی گئی، جس کے نتائج بڑے پیمانے پر مشاہداتی نتائج سے ہم آہنگ تھے۔
یہ پایا گیا کہ زگ زیگ پسلیوں کی تشکیل کی صورت میں، موجودہ کنارے میں پانی کا ایک اضافی مالیکیول شامل کیا جاتا ہے، اور اس پورے عمل کو برجنگ میکانزم کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے۔ لیکن آرم چیئر کی پسلیوں کی تشکیل کے معاملے میں، کوئی اضافی مالیکیول نہیں پایا گیا، جو عام طور پر دو پرتوں کی مسدس برف اور دو جہتی مسدس مادوں کی نشوونما کے بارے میں روایتی خیالات سے سخت متصادم ہے۔
سائنسدانوں نے اپنے مشاہدات کے لیے اسکیننگ ٹنلنگ مائیکروسکوپ (STM) یا ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپ (TEM) کے بجائے غیر رابطہ ایٹم فورس مائکروسکوپ کا انتخاب کیوں کیا؟ جیسا کہ ہم پہلے ہی جانتے ہیں، انتخاب کا تعلق دو جہتی برف کے قلیل المدتی اور نازک ڈھانچے کا مطالعہ کرنے کی دشواری سے ہے۔ ایس ٹی ایم کو اس سے قبل مختلف سطحوں پر اگنے والی 2 ڈی برفوں کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا رہا ہے، لیکن اس قسم کی خوردبین مرکزے کی پوزیشن کے لیے حساس نہیں ہے، اور اس کی نوک امیجنگ کی غلطیوں کا سبب بن سکتی ہے۔ TEM، اس کے برعکس، بالکل پسلیوں کے جوہری ڈھانچے کو ظاہر کرتا ہے۔ تاہم، اعلیٰ معیار کی تصاویر حاصل کرنے کے لیے اعلیٰ توانائی والے الیکٹران کی ضرورت ہوتی ہے، جو ہم آہنگی سے بندھے ہوئے XNUMXD مواد کے کنارے کی ساخت کو آسانی سے تبدیل یا تباہ بھی کر سکتے ہیں، XNUMXD برف میں زیادہ ڈھیلے بندھے ہوئے کناروں کا ذکر نہ کرنا۔
ایک جوہری قوت خوردبین میں اس طرح کے نقصانات نہیں ہوتے ہیں، اور CO-coated ٹپ پانی کے مالیکیولز پر کم سے کم اثر و رسوخ کے ساتھ انٹرفیشل پانی کے مطالعہ کی اجازت دیتی ہے۔
تحقیق کے نتائج
تصویر #1
دو جہتی برف Au(111) سطح پر تقریباً 120 K کے درجہ حرارت پر اگائی گئی تھی، اور اس کی موٹائی 2.5 Å (1).
برف کی STM تصاویر (1c) اور متعلقہ فاسٹ فوئیر ٹرانسفارم امیج (ان سیٹ 1) Au(111)-√3 x √3-30° کے وقفے کے ساتھ ایک اچھی ترتیب شدہ مسدس ساخت دکھائیں۔ اگرچہ 2D آئس کا سیلولر H سے منسلک نیٹ ورک STM امیج میں نظر آتا ہے، تاہم کنارے کے ڈھانچے کی تفصیلی ٹوپولوجی کا تعین کرنا مشکل ہے۔ ایک ہی وقت میں، اسی نمونے کے علاقے کی فریکوئنسی شفٹ (Δf) کے ساتھ AFM نے بہتر تصاویر دی (1d)، جس نے ساخت کے کرسی کے سائز اور زگ زیگ حصوں کو تصور کرنا ممکن بنایا۔ دونوں قسموں کی کل لمبائی موازنہ ہے، لیکن پیشرو پسلی کی اوسط لمبائی تھوڑی لمبی ہے (1b)۔ زگ زیگ پسلیاں لمبائی میں 60 Å تک بڑھ سکتی ہیں، لیکن کرسی کی شکل والی پسلیاں تشکیل کے دوران نقائص سے ڈھکی ہو جاتی ہیں، جس سے ان کی زیادہ سے زیادہ لمبائی 10-30 Å تک کم ہو جاتی ہے۔
اگلا، منظم AFM امیجنگ سوئی کی مختلف بلندیوں پر کی گئی (2).
تصویر #2
سب سے زیادہ ٹپ اونچائی پر، جب AFM سگنل پر ہائی آرڈر الیکٹرو اسٹاٹک فورس کا غلبہ ہوتا ہے، تو دو جہتی بلیئر آئس میں √3 x √3 ذیلی جگہوں کے دو سیٹوں کی نشاندہی کی گئی تھی، جن میں سے ایک میں دکھایا گیا ہے۔ 2 (بائیں).
سوئی کی نچلی اونچائی پر، اس ذیلی رے کے روشن عناصر سمتیت دکھانا شروع کر دیتے ہیں، اور دوسرا ذیلی ارے V کی شکل کے عنصر میں بدل جاتا ہے (2a، مرکز)۔
کم از کم سوئی کی اونچائی پر، AFM شہد کے چھتے کے ڈھانچے کو ظاہر کرتا ہے جس میں واضح لکیریں دو ذیلی خطوں کو جوڑتی ہیں، جو H-bonds کی یاد دلاتی ہیں (2a، دائیں طرف)۔
کثافت کے فنکشنل تھیوری کے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ Au(111) سطح پر اگنے والی دو جہتی برف ایک دوسرے سے جڑی ہوئی دو تہوں والی برف کے ڈھانچے کے مساوی ہے (ایکس این ایم ایکس ایکس۔)، پانی کی دو فلیٹ ہیکساگونل تہوں پر مشتمل ہے۔ دونوں چادروں کے مسدس جوڑ رہے ہیں، اور جہاز میں پانی کے مالیکیولز کے درمیان زاویہ 120° ہے۔
پانی کی ہر تہہ میں، آدھے پانی کے مالیکیول افقی طور پر (سبسٹریٹ کے متوازی) اور باقی آدھے عمودی طور پر (سبسٹریٹ پر کھڑے) ہوتے ہیں، جس میں ایک O–H اوپر یا نیچے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ ایک پرت میں عمودی طور پر پڑا ہوا پانی دوسری تہہ میں افقی پانی میں H-بانڈ کا عطیہ کرتا ہے، جس کے نتیجے میں مکمل طور پر سیر شدہ H کی شکل کا ڈھانچہ بنتا ہے۔
کواڈروپول (dz 2) ٹپ کا استعمال کرتے ہوئے AFM تخروپن (2b) مذکورہ ماڈل کی بنیاد پر تجرباتی نتائج کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہے (2a)۔ بدقسمتی سے، افقی اور عمودی پانی کی ایک جیسی بلندیاں STM امیجنگ کے دوران ان کی شناخت کو مشکل بنا دیتی ہیں۔ تاہم، جوہری قوت مائکروسکوپی کا استعمال کرتے وقت، دونوں قسم کے پانی کے مالیکیول واضح طور پر تمیز کے قابل ہوتے ہیں (2a и 2b دائیں) کیونکہ ہائی آرڈر الیکٹرو اسٹاٹک فورس پانی کے مالیکیولز کی سمت بندی کے لیے بہت حساس ہے۔
یہ بھی ممکن تھا کہ افقی اور عمودی پانی کی O-H سمتیت کا تعین اعلیٰ ترتیب والی الیکٹرو اسٹاٹک قوتوں اور پاؤلی ریپلسیو قوتوں کے درمیان تعامل کے ذریعے کیا جائے، جیسا کہ سرخ لکیروں سے دکھایا گیا ہے۔ 2 и 2b (مرکز)
تصویر #3
تصاویر میں 3 и 3b (مرحلہ 1) بالترتیب زگ زیگ اور آرم چیئر کے پنکھوں کی توسیع شدہ AFM تصاویر دکھاتا ہے۔ یہ پایا گیا کہ زگ زیگ کنارہ اپنی اصل ساخت کو برقرار رکھتے ہوئے بڑھتا ہے، اور کرسی کی شکل کے کنارے کی نشوونما کے ساتھ، کنارے 5756 حلقوں کی متواتر ساخت میں بحال ہو جاتا ہے، یعنی جب پسلیوں کی ساخت وقفے وقفے سے پینٹاگون - ہیپٹاگون - پینٹاگون - مسدس کو دہراتی ہے۔
کثافت کے فنکشنل تھیوری کے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ غیر تعمیر شدہ زگ زیگ فن اور 5756 چیئر فن سب سے زیادہ مستحکم ہیں۔ 5756 کنارے مشترکہ اثرات کے نتیجے میں بنتا ہے جو غیر سیر شدہ ہائیڈروجن بانڈز کی تعداد کو کم کرتا ہے اور تناؤ کی توانائی کو کم کرتا ہے۔
سائنس دانوں کو یاد ہے کہ ہیکساگونل برف کے بیسل طیارے عام طور پر زگ زیگ پسلیوں میں ختم ہوتے ہیں، اور غیر سیر شدہ ہائیڈروجن بانڈز کی کثافت کی وجہ سے کرسی کی شکل کی پسلیاں غیر موجود ہوتی ہیں۔ تاہم، چھوٹے نظاموں میں یا جہاں جگہ محدود ہے، کرسی کے پنکھے مناسب ری ڈیزائن کے ذریعے اپنی توانائی کو کم کر سکتے ہیں۔
جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، جب 120 K پر برف کی نشوونما کو روک دیا گیا تھا، تو نمونے کو فوری طور پر 5 K پر ٹھنڈا کر دیا گیا تاکہ میٹاسٹیبل یا ٹرانزیشن ایج ڈھانچے کو منجمد کرنے کی کوشش کی جا سکے اور STM اور AFM کا استعمال کرتے ہوئے تفصیلی مطالعہ کے لیے نمونے کی طویل زندگی کو یقینی بنایا جا سکے۔ CO-Functionalized microscope tip کی بدولت دو جہتی برف (تصویر نمبر 3) کے نمو کے عمل کو دوبارہ تشکیل دینا بھی ممکن ہوا، جس نے میٹاسٹیبل اور منتقلی ڈھانچے کا پتہ لگانا ممکن بنایا۔
زگ زیگ پسلیوں کے معاملے میں، انفرادی پینٹاگون بعض اوقات سیدھی پسلیوں سے جڑے ہوئے پائے جاتے تھے۔ وہ ایک قطار میں کھڑے ہو سکتے ہیں، 2 x کی وقفہ کے ساتھ ایک صف بنا سکتے ہیں۔ aice (aice دو جہتی برف کا جالی مستقل ہے)۔ یہ مشاہدہ اس بات کی نشاندہی کرسکتا ہے کہ زگ زیگ کناروں کی نشوونما پینٹاگون کی متواتر صف کی تشکیل سے شروع ہوتی ہے (3، مرحلہ 1-3)، جس میں پینٹاگون (سرخ تیر) کے لیے پانی کے دو جوڑے شامل کرنا شامل ہے۔
اس کے بعد، پینٹاگون کی صف کو 56665 جیسا ڈھانچہ بنانے کے لیے جوڑا جاتا ہے (3، مرحلہ 4)، اور پھر مزید پانی کے بخارات شامل کرکے اصل زگ زیگ شکل کو بحال کرتا ہے۔
کرسی کی شکل کے کناروں کے ساتھ صورتحال اس کے برعکس ہے - پینٹاگون کی کوئی صفیں نہیں ہیں، لیکن اس کے بجائے کنارے پر 5656 جیسے چھوٹے وقفے اکثر دیکھے جاتے ہیں۔ 5656 فن کی لمبائی 5756 کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم ہے۔ یہ ممکنہ طور پر ہے کیونکہ 5656 پن بہت زیادہ دباؤ والا اور 5756 کے مقابلے میں کم مستحکم ہے۔ 5756 کرسی کے فن سے شروع ہونے والے، 575 حلقوں کو مقامی طور پر دو جوڑ کر 656 حلقوں میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ آبی بخارات (3b، مرحلہ 2)۔ اس کے بعد، 656 حلقے ٹرانسورس سمت میں بڑھتے ہیں، 5656 قسم کا ایک کنارہ بناتے ہیں (3b، مرحلہ 3)، لیکن اخترتی توانائی کے جمع ہونے کی وجہ سے محدود لمبائی کے ساتھ۔
اگر 5656 فن کے مسدس میں پانی کا ایک جوڑا شامل کیا جائے تو اس کی شکل کو جزوی طور پر کمزور کیا جا سکتا ہے، اور یہ دوبارہ 5756 فن کی تشکیل کا باعث بنے گا۔3b، مرحلہ 4)۔
مندرجہ بالا نتائج بہت اشارے ہیں، لیکن یہ فیصلہ کیا گیا تھا کہ Au (111) سطح پر پانی کے بخارات کے مالیکیولر ڈائنامکس کے حساب سے حاصل کردہ اضافی ڈیٹا کے ساتھ ان کی مدد کی جائے۔
یہ پایا گیا کہ XNUMXD ڈبل پرت والے برف کے جزیرے کامیابی کے ساتھ اور سطح پر بغیر کسی رکاوٹ کے بنے، جو ہمارے تجرباتی مشاہدات کے مطابق ہے۔
تصویر #4
تصویر پر 4 زگ زیگ پسلیوں پر پلوں کی اجتماعی تشکیل کا طریقہ کار مرحلہ وار دکھایا گیا ہے۔
ذیل میں تفصیل کے ساتھ اس مطالعہ پر میڈیا مواد ہیں۔
میڈیا مواد نمبر 1
یہ بات قابل غور ہے کہ زگ زیگ کنارے سے منسلک ایک پینٹاگون ترقی کو فروغ دینے کے لیے مقامی نیوکلیشن سینٹر کے طور پر کام نہیں کر سکتا۔
میڈیا مواد نمبر 2
اس کے بجائے، پینٹاگون کا ایک متواتر لیکن غیر منسلک نیٹ ورک ابتدائی طور پر زگ زیگ کنارے پر بنتا ہے، اور بعد میں آنے والے پانی کے مالیکیولز ان پینٹاگون کو جوڑنے کی کوشش کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں 565 قسم کی زنجیر کی ساخت بنتی ہے۔ عملی مشاہدات، جو اس کی انتہائی مختصر عمر کی وضاحت کرتا ہے۔
میڈیا مواد نمبر 3 اور نمبر 4
پانی کے ایک جوڑے کا اضافہ 565 قسم کے ڈھانچے اور ملحقہ پینٹاگون کو جوڑتا ہے، جس کے نتیجے میں 5666 قسم کا ڈھانچہ بنتا ہے۔
5666 قسم کا ڈھانچہ پیچھے سے بڑھ کر 56665 قسم کا ڈھانچہ بناتا ہے اور آخر کار مکمل طور پر جڑے ہیکساگونل جالی میں تیار ہوتا ہے۔
میڈیا مواد نمبر 5 اور نمبر 6
تصویر پر 4b نمو آرم چیئر پسلی کی صورت میں دکھائی دیتی ہے۔ ٹائپ 575 رِنگز سے ٹائپ 656 رِنگز میں تبدیلی نیچے کی پرت سے شروع ہوتی ہے، جس سے ایک جامع 575/656 ڈھانچہ بنتا ہے جسے تجربات میں ٹائپ 5756 فن سے ممتاز نہیں کیا جا سکتا، کیونکہ دو پرت والی برف کی صرف اوپر کی پرت کو ہی امیج کیا جا سکتا ہے۔ تجربات کے دوران.
میڈیا مواد نمبر 7
نتیجے میں پل 656 5656 پسلی کی نشوونما کے لیے نیوکلیشن سینٹر بن جاتا ہے۔
میڈیا مواد نمبر 8
5656 کنارے میں ایک پانی کے مالیکیول کو شامل کرنے کے نتیجے میں ایک انتہائی موبائل غیر جوڑا مالیکیول ڈھانچہ ہوتا ہے۔
میڈیا مواد نمبر 9
ان میں سے دو غیر جوڑ پانی کے مالیکیولز بعد میں 5656 سے 5756 تک کی تبدیلی کو مکمل کرتے ہوئے، زیادہ مستحکم ہیپٹاگونل ڈھانچے میں مل سکتے ہیں۔
مطالعہ کی باریکیوں سے مزید تفصیلی واقفیت کے لیے، میں اسے دیکھنے کی تجویز کرتا ہوں۔ .
اپسنہار
اس مطالعے کا بنیادی نتیجہ یہ ہے کہ نشوونما کے دوران ڈھانچے کا مشاہدہ رویہ ہر قسم کی دو جہتی برف کے لیے عام ہو سکتا ہے۔ بیلیئر ہیکساگونل برف مختلف ہائیڈروفوبک سطحوں پر اور ہائیڈروفوبک قید کے حالات میں بنتی ہے، اور اس لیے اسے ایک علیحدہ 2D کرسٹل (2D آئس I) کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے، جس کی تشکیل سبسٹریٹ کی بنیادی ساخت کے لیے غیر حساس ہے۔
سائنس دانوں کا ایمانداری سے کہنا ہے کہ ان کی امیجنگ تکنیک ابھی تک سہ جہتی برف کے ساتھ کام کرنے کے لیے موزوں نہیں ہے، لیکن دو جہتی برف کے مطالعہ کے نتائج اس کے حجمی رشتہ دار کی تشکیل کے عمل کی وضاحت کے لیے بنیاد کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ دوسرے لفظوں میں، یہ سمجھنا کہ دو جہتی ڈھانچے کیسے بنتے ہیں تین جہتی ڈھانچے کے مطالعہ کے لیے ایک اہم بنیاد ہے۔ اس مقصد کے لیے محققین مستقبل میں اپنے طریقہ کار کو بہتر بنانے کا ارادہ رکھتے ہیں۔
پڑھنے کے لیے شکریہ، متجسس رہیں اور ایک اچھا ہفتہ گزاریں۔ 🙂
کچھ اشتہارات 🙂
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 کا ایک انوکھا اینالاگ، جو ہم نے آپ کے لیے ایجاد کیا تھا: (RAID1 اور RAID10 کے ساتھ دستیاب، 24 کور تک اور 40GB DDR4 تک)۔
ایمسٹرڈیم میں Equinix Tier IV ڈیٹا سینٹر میں Dell 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