Terahertz (THz) ٹیکنالوجی بائیو میڈیکل امیجنگ، ٹیلی کمیونیکیشنز اور جدید سینسنگ سسٹم جیسی ایپلی کیشنز میں مفید ہے۔ تاہم، 0.1 سے 10 ٹیرا ہرٹز رینج میں برقی مقناطیسی لہروں کی منفرد نوعیت کی وجہ سے، اعلی کارکردگی والے اجزاء تیار کرنا مشکل ہو گیا ہے جو ٹیرا ہرٹز ٹیکنالوجی کی حقیقی صلاحیت کو ظاہر کرتے ہیں۔ یہاں تک کہ بنیادی طور پر بغیر اجزاء جیسے فلٹر اور جاذب کا ڈیزائن بھی ایک بہت بڑا چیلنج ہے۔
خوش قسمتی سے، میٹا میٹریلز کا اضافہ ان مسائل کے جدید حل کا باعث بن سکتا ہے۔ فیبریکیشن اور پروسیسنگ ٹیکنالوجیز میں پیشرفت کی بدولت، اب ٹیرا ہرٹز رینج میں منفرد برقی مقناطیسی خصوصیات کے ساتھ دو جہتی (2D) پیٹرن والے مائیکرو اسٹرکچرز کو بنانا ممکن ہے، جس سے ان فریکوئنسیوں پر سگنلز کے بے مثال کنٹرول کی اجازت ملتی ہے۔
اگرچہ لہر جذب کرنے والے مواد کے لیے متعدد قسم کے 2D میٹا میٹریلز (یا "ہائپر سرفیسز") تجویز کیے گئے ہیں، لیکن ان میں سے اکثر کی اب بھی سنگین حدود ہیں۔ ایک عام مسئلہ یہ ہے کہ ایک بار جب کسی ہائپر سرفیس جذب کرنے والے مواد کے ساختی طریقوں کی شناخت اور من گھڑت ہو جائے تو اس کی برقی مقناطیسی خصوصیات طے ہو جاتی ہیں۔
یہ عدم استحکام اس طرح کے آلات کی ممکنہ ایپلیکیشنز کو محدود کرتا ہے۔ دوسری طرف، اگرچہ ٹیون ایبل دھات پر مبنی ہائپر سرفیس جذب کرنے والے موجود ہیں، لیکن دھات کی پتلی تہوں کے استعمال کی حوصلہ شکنی کی جاتی ہے۔ یہ کئی خرابیوں کی وجہ سے ہے، جیسے کہ ضروری ڈھانچے کو بنانے میں دشواری اور دھاتوں کی موروثی خصوصیات کی وجہ سے خراب کارکردگی۔
اس تناظر میں، شنگھائی یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی میں ڈاکٹر وینہن کاو کی ٹیم نے ٹیرا ہرٹز رینج میں الٹرا وائیڈ ٹیون ایبل بینڈوڈتھ کے ساتھ کاربن پر مبنی ٹیون ایبل میٹا سرفیس ابزربر تیار کیا ہے۔ ڈاکٹر وینہن کاو کی طرف سے ہدایت کردہ یہ تحقیق حال ہی میں ایڈوانسڈ فوٹونکس نیکسس میں شائع ہوئی تھی۔
"جذب کرنے والے کا بنیادی حصہ گرافین اور گریفائٹ مائیکرو اسٹرکچر کو گونجنے والے کے طور پر اور گریفائٹ کی تہوں کو پیچھے کی عکاسی کرنے والی سطحوں کے طور پر استعمال کرتا ہے۔" ڈاکٹر وینہن کاو بتاتے ہیں، "اس ٹیراہرٹز میٹا سرفیس جاذب میں دہرائے جانے والے ذیلی یونٹس (یا 'خلیات') کو چار اہم عوامل کی بنیاد پر جذب کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے حکمت عملی کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے: جیومیٹری، مادی خصوصیات، پولرائزیشن حساسیت، اور ٹیوننگ میکانزم۔"
جیومیٹری کے لحاظ سے، جاذب تین پتلی تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ اوپری تہہ ایک نمونہ دار کنڈکٹیو پرت ہے جس میں گریفین کے تاروں کے ذریعے مربوط گریفائٹ کے حلقے ہوتے ہیں۔ دوسری تہہ ایک سادہ ڈائی الیکٹرک ہے جو ناپسندیدہ برقی مقناطیسی لہروں کو ختم کرنے میں مدد کرتی ہے۔ اور تیسری تہہ ایک جذب کرنے والی پرت ہے جو ٹیرا ہرٹز لہروں کو ڈیوائس کے ذریعے براہ راست گھسنے سے روکتی ہے، اس طرح جذب کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ بناتا ہے۔
جاذب کے مادی انتخاب اور جیومیٹرک ڈیزائن کو عددی تجزیہ اور تخروپن کے ذریعے بہتر بنایا گیا ہے، جو ٹیرا ہرٹز رینج میں اس کے قابل ذکر جذب میں معاون ہے۔ خاص طور پر، مجوزہ جاذب کی ایک اہم خاصیت اس کی ٹیون ایبلٹی ہے، جو کہ ٹیون ایبل فرمی توانائی کی سطحوں سے نکلتی ہے۔ یہ پیرامیٹر مواد اور سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی میں بہت اہم ہے کیونکہ یہ مختلف توانائی کی سطحوں میں الیکٹرانوں کی تقسیم کا تعین کرتا ہے۔
گرافین کی تہہ پر وولٹیج لگا کر، اس کی فرمی توانائی کی سطح کو تبدیل کرنا اور اس طرح جذب بینڈوتھ کو آسانی سے ٹھیک کرنا ممکن ہے۔ ڈاکٹر وینہن کاو نے زور دیا، "1 eV کی فرمی توانائی کی سطح پر، مجوزہ جاذب 8.99 THz کی حیران کن حد تک وسیع بینڈوڈتھ حاصل کر سکتا ہے، جو 7.24 سے 16.23 THz کی فریکوئنسی رینج میں 90% سے زیادہ جذب فراہم کرتا ہے، جس میں دو الگ الگ الگ الگ الگ الگ خصوصیات ہیں۔ 8.35 THz اور 14.70 THz پر۔"
مجوزہ ڈیزائن کا ایک اور اہم فائدہ واقعہ تابکاری کے پولرائزیشن زاویہ کے لیے اس کی غیر حساسیت ہے۔ جاذب کے خلیے میں مرتکز دائروں کا استعمال قدرتی طور پر یہ سازگار خاصیت حاصل کرتا ہے۔ دائرہ، بالکل سڈول شکل ہونے کی وجہ سے، جاذب کو 50 ڈگری تک واقعہ کے زاویوں پر اعلی جذب کی شرح کو برقرار رکھنے کی اجازت دیتا ہے۔
مختصراً، مجوزہ ڈیزائن کے بہت سے فوائد اس کی سادگی کے ساتھ مل کر terahertz ٹیکنالوجی میں ایک حقیقی پیش رفت کی نمائندگی کرتے ہیں۔" مجوزہ جذب کرنے والا انتہائی پتلا، سادہ دھات سے پاک ڈھانچہ پیش کرتا ہے جس میں کم موٹائی میں وسیع ٹیون ایبل جذب بینڈوڈتھ ہے، جو بہت زیادہ اس کے قابل اطلاق کو بڑھاتا ہے۔
مستقبل قریب میں، terahertz آلات روزمرہ کی ٹیکنالوجی کا حصہ بن جائیں گے، خاص طور پر طب اور مواصلات جیسے شعبوں کے ساتھ ساتھ مواد سائنس اور حیاتیات جیسے مزید تحقیق پر مبنی شعبوں میں۔
