سیسہ آئیوڈائڈ کی جوہری طور پر پتلی تہوں (PbI2) سرکٹس کی ایک نئی نسل کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جو روشنی اور مکینیکل کمپن (الیکٹران کے بجائے) کا استعمال کرتے ہیں تاکہ terahertz فریکوئنسی رینج میں معلومات کو منتقل کیا جا سکے۔
برازیلین سینٹر فار ریسرچ ان انرجی اینڈ میٹریلز (CNPEM) کے محققین نے یونیورسٹی آف لِل (فرانس) اور دیگر بین الاقوامی اداروں کے ساتھیوں کے ساتھ شراکت میں، اس ٹیکنالوجی کا مطالعہ کیا ہے اور اپنے نتائج شائع کیے ہیں۔نیچر کمیونیکیشنز.
terahertz بینڈ انفراریڈ اور مائیکرو ویوز کے درمیان واقع برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے کم-توانائی والے علاقے سے مطابقت رکھتا ہے۔ اس کے باوجود، اسے تیز رفتار مواصلاتی ٹیکنالوجیز تیار کرنے کے لیے اہم سمجھا جاتا ہے۔
"آج، Wi-فائی اور 5G چند گیگا ہرٹز (GHz، 10) کی فریکوئنسی پر کام کرتے ہیں9ہرٹز)۔ لیکن سینکڑوں گیگا ہرٹز، یا یہاں تک کہ ٹیرا ہرٹز (10) کی طرف بڑھنے میں دلچسپی ہے۔12ہرٹز)، کیونکہ فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، بینڈوڈتھ اور ڈیٹا کی ترسیل کی گنجائش اتنی ہی زیادہ ہوگی،" برازیلین سنکروٹرون لائٹ لیبارٹری (LNLS-CNPEM) میں امبویا بیم لائن کے سربراہ اور مطالعہ کے کوآرڈینیٹر راؤل ڈی اولیویرا فریٹاس کہتے ہیں۔
مطالعہ نے اس بات کی تحقیق کی کہ ایک سستا مواد لیڈ آئیوڈائڈ کا استعمال کرتے ہوئے اس فریکوئنسی رینج میں تابکاری کے لیے ویو گائیڈ کے طور پر کام کرنے کے قابل اعلی-معیار پرتوں والا کرسٹل کیسے تیار کیا جائے۔
یہ پلیٹ فارم ایک گونجنے والے کے طور پر کام کر سکتا ہے، جو روشنی کو محدود کرتا ہے اور دولن کے مخصوص طریقوں کو بڑھا کر مخصوص تعدد کا انتخاب کرتا ہے۔ یہ بیم سپلٹر کے طور پر بھی کام کر سکتا ہے، جو آپٹیکل سگنل کو تقسیم کرنے کی اجازت دینے کے لیے روشنی کے شہتیر کو دو یا زیادہ راستوں میں تقسیم کرتا ہے، یا ایک ماڈیولیٹر کے طور پر، جو کہ معلومات کو انکوڈ کرنے کے لیے روشنی کی خصوصیات، جیسے شدت، مرحلہ، یا تعدد کو تبدیل کرتا ہے۔
کام کا سب سے جدید پہلو روشنی کو اس کی طول موج سے بہت کم حجم میں محدود کرنے کی صلاحیت ہے۔
"ٹیراہرٹز رینج میں، روشنی میں سینکڑوں مائیکرو میٹرز کی طول موج ہوتی ہے۔ ہم جو کچھ کرتے ہیں وہ اس روشنی کو ذیلی مائکرو میٹر کے علاقوں میں محدود کرنا ہے،" فریٹاس بتاتے ہیں۔
یہ فونون-پولرائٹنز کی تشکیل سے ممکن ہوا ہے، جو ہائبرڈ کواسی پارٹیکلز ہیں جو کرسٹل جالی (فونونز) میں موجود ایٹموں کی کمپن کو روشنی کے ساتھ جوڑتے ہیں۔
"یہ ایسا ہے جیسے فونون روشنی میں ملبوس تھا، منفرد خصوصیات کے ساتھ ایک کواسی پارٹیکل بناتا ہے۔ ان کواسی پارٹیکلز کے مادے کے ساتھ پھیلاؤ کی خصوصیات اور تعامل الگ تھلگ روشنی اور الگ تھلگ فونون دونوں سے مختلف ہیں،" محقق کا تبصرہ۔
روشنی کی انتہائی قید میں پھیلاؤ کی حد سے آگے کام کرنا شامل ہے، جو روایتی آپٹیکل سسٹمز کے حل کو محدود کرتا ہے۔
"کلاسیکی آپٹکس میں، روشنی کی طول موج سے بہت چھوٹے ڈھانچے کا مشاہدہ کرنا یا ان میں ہیرا پھیری کرنا ممکن نہیں ہے۔ پولرائٹنز کے ساتھ، ہم اس حد کو عبور کرنے میں کامیاب ہو گئے ہیں،" فریٹاس کہتے ہیں۔
اس کو حاصل کرنے کے لیے، محققین نے scattering-type near-field optical scaning microscopy (s-SNOM)، ایک ایسی تکنیک کا استعمال کیا جو برقی مقناطیسی شعبوں کو انتہائی حد تک کمپریس کرنے کے لیے نانوسکل میٹل ٹپس کو استعمال کرتی ہے۔
فریٹاس کا کہنا ہے کہ "ٹپ ایک اینٹینا کے طور پر کام کرتی ہے اور اصل طول موج سے قطع نظر دسیوں نینو میٹرز کے طول و عرض کے ساتھ ایک برقی فیلڈ ہاٹ سپاٹ بناتی ہے۔ یہ روشنی کے مقامی پیمانے میں زبردست کمی کی اجازت دیتا ہے۔"
"مزید برآں، s-SNOM تحقیقات میں برقی میدان کی کثافت 10 تک ہے5مفت لہروں کے مقابلے میں کئی گنا زیادہ، جو نینو فوٹوونک تحقیق کے لیے تکنیک کی برتری کی وضاحت کرتی ہے۔ ہم 200 مائیکرو میٹر لہر کو 50 نینو میٹر سے چھوٹے حجم میں محدود کرنے کے قابل تھے۔"
مطالعہ کی ایک اور اہم دریافت PbI میں فونون-پولریٹنز کا اعلیٰ معیار کا عنصر تھا۔2. کوالٹی فیکٹر اس بات کا ایک پیمانہ ہے کہ تحلیل ہونے سے پہلے دولن کتنی دیر تک برقرار رہتی ہے۔
"سسٹم جتنا لمبا چلتا ہے، معیار کا عنصر اتنا ہی زیادہ ہوتا ہے۔ PbI2ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (ایچ بی این) کے مقابلے میں کارکردگی کا مظاہرہ کیا گیا، جو انفراریڈ رینج میں حوالہ مواد ہے،" فریٹاس کہتے ہیں۔
ایک سادہ اور پائیدار متبادل
لیڈ آئوڈائڈ کے برعکس، ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (hBN) ترکیب کرنے کے لیے ایک انتہائی مشکل مواد ہے، جس کے لیے انتہائی دباؤ اور درجہ حرارت کے حالات کی ضرورت ہوتی ہے۔ دو دہائیوں سے زیادہ تحقیق کے بعد بھی، دنیا بھر میں چند گروہوں نے اس مواد کو اعلیٰ معیار پر تیار کرنے میں مہارت حاصل کی ہے۔ مزید برآں، اس کی خصوصیات اسے وسط- انفراریڈ رینج کے لیے موزوں بناتی ہیں لیکن ٹیرا ہرٹز رینج کے لیے نہیں۔
دوسری طرف لیڈ آئیوڈائڈ میں دو سستے، قدرتی طور پر پائے جانے والے پیش خیمہ ہیں: آیوڈین اور لیڈ۔ اسے انتہائی آسان طریقے سے بھی کرسٹالائز کیا جا سکتا ہے۔
"صرف نمک کو پانی میں اس وقت تک گھلائیں جب تک کہ ایک سپر سیچوریٹڈ محلول حاصل نہ ہو جائے اور اسے تقریباً 80 ڈگری سینٹی گریڈ پر گرم کریں- جو کہ گھریلو چولہے پر کیا جا سکتا ہے۔ ٹھنڈک کے دوران، مواد کرسٹلائز ہو جاتا ہے، جس سے ڈھانچے بنتے ہیں جنہیں جمع کیا جا سکتا ہے،" محقق کہتے ہیں۔
نانوسکل پر روشنی میں ہیرا پھیری کرنے کی صلاحیت انٹیگریٹڈ فوٹوونک سرکٹس کی راہ ہموار کرتی ہے جو الیکٹرانک سرکٹس کو تبدیل کرنے یا اس کی تکمیل کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔
فریٹاس کا کہنا ہے کہ "فی الحال، معلومات آلات کے اندر الیکٹران کے ذریعے منتقل کی جاتی ہیں۔ روشنی کا استعمال تیزی سے رفتار بڑھا سکتا ہے اور نقصانات کو کم کر سکتا ہے۔ یہ ٹیلی کمیونیکیشن کے شعبے میں ہونے والی چیزوں کے مشابہ ہے۔"
"پہلے، ہم برقی تاروں کا استعمال کرتے تھے؛ آج، ہم آپٹیکل فائبر استعمال کرتے ہیں، جو بہت زیادہ رفتار کی اجازت دیتے ہیں۔ یہی اصول چپس کے اندر بھی لاگو کیا جا سکتا ہے۔ اور، تیز رفتاری کے علاوہ، توانائی کی بچت بھی ہوتی ہے: روشنی کو برقی کرنٹ کے مقابلے میں بہت کم نقصانات کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ اس کے نتیجے میں زیادہ موثر اور پائیدار حل نکل سکتے ہیں۔"
