اورکت روشنی پیدا کرنے کے لیے ایک نیا کوانٹم ڈاٹ طریقہ وسط اورکت لیزرز اور لاگت سے موثر سینسر کا دروازہ کھولتا ہے۔
شکاگو یونیورسٹی میں طبیعیات اور کیمسٹری کے پروفیسر فلپ گیوٹ سیونسٹ کی سربراہی میں محققین کی ایک ٹیم نے حال ہی میں کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس کے ذریعے انفراریڈ روشنی پیدا کرنے کا ایک طریقہ دریافت کیا جو وسط اورکت رینج کی نئی تعریف کرنے کے امکان کا دروازہ کھولتا ہے۔ 5 µm تک)، کیونکہ جو نقطے انہوں نے اپنی پہلی کوشش میں حاصل کیے وہ تقریباً موجودہ روایتی طریقوں کی طرح موثر تھے۔
کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس سیمی کنڈکٹر نانوکریسٹلز/ذرات ہیں جن کا قطر تقریباً 5 سے 20 این ایم ہوتا ہے، جو عام طور پر کیڈیمیم سلفائیڈ (سی ڈی ایس)، کیڈیمیم سلفائیڈ (سی ڈی ایس)، لیڈ سلفائیڈ (پی بی ایس)، زنک آکسائیڈ (زیڈ این او) اور انڈیم ان فاسائڈ سے بنتے ہیں۔ )، جس میں منفرد آپٹیکل اور الیکٹرانک خصوصیات ہیں۔ الیکٹران کی لہریں ان ذرات کے اندر گونجتی ہیں، جیسے کسی گہا میں آواز یا روشنی کی لہریں، اور یہ مستحکم حالتیں پیدا کرتی ہیں جنہیں نینو کرسٹلز کے سائز کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔
کوانٹم نقطے جو مرئی روشنی پیدا کرتے ہیں تجارتی مصنوعات جیسے روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس (ایل ای ڈی) اور ٹیلی ویژن میں پائے گئے ہیں۔ لیکن اب تک، اگر کوئی کوانٹم ڈاٹس چاہتا ہے جو درمیانی اورکت روشنی پیدا کر سکتا ہے، تو اسے حاصل کرنا عام طور پر مشکل ہوتا ہے۔
جب کہ نامیاتی مالیکیول ہلکے ایٹموں سے بنے ہوتے ہیں، جو مرئی حد میں رنگوں اور فلوروسینس کے لیے مثالی ہوتے ہیں، لیکن وہ وسط اورکت رینج میں اچھی کارکردگی نہیں دکھاتے، جہاں مالیکیول وسط اورکت والے علاقے میں بھی ہلتے ہیں اور تیزی سے الیکٹرانک کو دبا دیتے ہیں۔ جوش
غیر نامیاتی سیمی کنڈکٹر کوانٹم ڈاٹ مواد ڈائی مالیکیولز کی طرح گھلنشیل ہوتے ہیں اور درمیانی انفراریڈ بینڈ میں ٹیون ایبل الیکٹرانک اتیجیت ہوتے ہیں، لیکن وہ بھاری ایٹموں پر مشتمل ہوتے ہیں جو بہت کم فریکوئنسیوں پر ہلتے ہیں، جو انہیں اچھا انفراریڈ اور حل کرنے کے قابل مواد بناتا ہے،" گیوٹ کہتے ہیں۔ سیونسٹ۔ اسی چیز نے ہمیں انفراریڈ سیمی کنڈکٹر کوانٹم ڈاٹس کا مطالعہ کرنے کا خیال دیا - یہ 25 سال پہلے شروع ہوا تھا۔"
انفراریڈ لیزرز فی الحال ایک مالیکیولر ایپیٹیکسی عمل کے ذریعے گھڑے گئے ہیں، جو کہ مؤثر ہونے کے باوجود محنت کش اور مہنگا ہے۔ لہذا، محققین کوانٹم نقطوں پر مبنی انفراریڈ لیزرز کو محسوس کرنے کا ایک بہتر طریقہ بنانا چاہتے تھے.
کوانٹم میکینکس اور جھرن کا اثر
ٹیم نے ایک "کاسکیڈ" تکنیک کو دریافت کرنے کا فیصلہ کیا جو بڑے پیمانے پر لیزر بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ ایسا کرنے کے لیے، انہوں نے کھربوں چھوٹے کور/شیل HgSe/CdSe نانوکریسٹلز سے بنی ایک سیاہ سیاہی بنائی، اسے کنڈکٹو الیکٹروڈ سے لیپ کیا، اوپر سے دوسرے کنڈکٹیو الیکٹروڈ کو بخارات بنایا، اور اسے توانائی بخشی۔
ان کے طریقہ کار میں آلے کے ذریعے برقی رو چلانا، لاکھوں الیکٹرانوں کو ڈیوائس پر بھیجنا شامل ہے۔ اگر کامیاب ہو جاتا ہے، تو الیکٹران مختلف توانائی کی سطحوں کے ایک سلسلے سے گزریں گے، جیسا کہ آبشاروں کی ایک سیریز کے نیچے گرنا ہے۔ ہر بار جب ایک الیکٹران توانائی کی سطح کو گراتا ہے، تو اسے روشنی کی صورت میں توانائی کے اخراج کا موقع ملتا ہے۔ یہ کوانٹم میکینکس کی بدولت کام کرتا ہے۔
Guyot Sionnest وضاحت کرتا ہے، "ایک جھرنے والے LED میں، ہم کوانٹم ڈاٹ کی دو حالتوں سے نمٹتے ہیں: سب سے نچلی زمینی حالت، جو کہ ہائیڈروجن ایٹم کی حالت کے مطابق ہے، اور پہلی پرجوش حالت، جو p ریاست کے مشابہ ہے۔ " جب ایک الیکٹران p-state سے s-state میں آرام کرتا ہے، تو یہ درمیانی اورکت روشنی خارج کرتا ہے۔ پوائنٹس کے درمیان تعصب الیکٹران کو اگلے نقطہ پر اس حالت سے p ریاست تک سرنگ کرنے کی اجازت دیتا ہے، اور اسی طرح۔"
ٹیم کو حیرت میں ڈال کر، انہوں نے کولائیڈل کوانٹم ڈاٹس کے ذریعے انفراریڈ روشنی پیدا کرنے کی اپنی پہلی کوشش پر روشنی دیکھی۔ گیوٹ سیونسٹ نے کہا، "ہمارے انفراریڈ روشنی پیدا کرنے کے نئے طریقہ کار کی پہلی کوششیں بہت موثر تھیں، اور ایک بار اندر روشنی پیدا کرنے کی کارکردگی کوانٹم ڈاٹس میں اضافہ کیا گیا ہے، ان کی کارکردگی میں کئی ترتیبوں سے بہتری آئے گی۔ یہ روشنی کے ذرائع پھر بے مثال کارکردگی اور کم لاگت حاصل کرنے کے قابل ہو جائیں گے۔"
Guyot Sionnest وضاحت کرتا ہے، "ایک کوانٹم ڈاٹ کی s-state سے اگلے کوانٹم ڈاٹ کی p-اسٹیٹ تک ترجیحی ٹنلنگ واضح نہیں ہے، کیونکہ یہ بھی ممکن ہے کہ صرف ایک ڈاٹ کی s-ریاست سے s-state of next. ہم نے ابتدا میں سوچا تھا کہ اس ترجیح کو ایک باریک ٹیون شدہ تعصب پر گونج کی ضرورت ہوگی، لیکن ابھی تک کچھ نامعلوم طریقے سے الیکٹران نیچے کی طرف بہنے کے بجائے ایک جھرنے میں ترتیب دیے جاتے ہیں، اس لیے تعصب سے کوئی فرق نہیں پڑتا۔"
اس کام میں کوئی بڑا چیلنج شامل نہیں ہے، کیونکہ یہ تجربہ گاہ میں فلوروسینٹ انفراریڈ کوانٹم ڈاٹس بنانے پر ٹیم کے پچھلے کام کا اطلاق ہے، اور ان کے پاس پہلے سے ہی کوانٹم ڈاٹس کے ساتھ پہلی درمیانی اورکت LEDs بنانے کا تجربہ ہے، اور ان کی پیمائش آؤٹ پٹ روشنی.
"لیکن اس کے لیے کیمیائی اور جسمانی انٹرفیس میں مہارتوں کے غیر معمولی امتزاج کی ضرورت ہوتی ہے۔" Guyot Sionnest کہتے ہیں، "Xinygyu Shen اور Ananth Kamath کا شکریہ۔ بہت کم ٹیمیں کوانٹم ڈاٹس بنانے کے لیے کیمیائی مہارتوں، آلات بنانے کے لیے فیبریکیشن ٹولز، اور درمیانی اورکت والے آلات کو ان کی خصوصیت کے لیے یکجا کرنے میں کامیاب ہوئی ہیں۔"
آپٹیکل گیس سینسر اور لیزر
کوانٹم ڈاٹس کے ذریعے پیدا ہونے والی انفراریڈ روشنی کا سب سے واضح اور ممکنہ استعمال آپٹیکل گیس سینسرز ہے، گیوٹ سیونسٹ کہتے ہیں: "تیز اور موثر کوانٹم ڈاٹ ایل ای ڈی کی بڑے پیمانے پر پیداوار، اور اسی طرح تیز رفتار اور موثر کوانٹم ڈاٹ ڈیٹیکٹر، آپٹیکل گیس سینسنگ کو بہت سستا بنا دے گا۔ موجودہ سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی کے مقابلے۔ یہ حرارت کے ذرائع اور تھرمو الیکٹرک ڈٹیکٹر پر مبنی کم لاگت والی ٹیکنالوجیز سے بہتر حساسیت بھی فراہم کرے گی۔"
لیزر اس کام کی ممکنہ توسیع ہیں، لیکن یہ یقینی نہیں ہے کہ ان کا احساس ہو جائے گا۔ اس سے آگے، تجارتی ایپلی کیشنز کو کوانٹم ڈاٹس کے استعمال کی ضرورت پڑ سکتی ہے جو زہریلے اور ریگولیٹڈ عناصر جیسے مرکری، کیڈیمیم اور لیڈ سے پاک ہوں۔
Guyot Sionnest کے ایک گریجویٹ طالب علم Xingyu Shen نے کہا، "کوانٹم ڈاٹس سے انفراریڈ روشنی بنانے کا ایک سرمایہ کاری مؤثر اور استعمال میں آسان طریقہ بہت مفید ہو سکتا ہے۔"
