Mechanical metamaterial
مکینیکل میٹامٹریئلز مصنوعی ڈھانچے ہیں جن کی مکینیکل خصوصیات ان کی ساخت کے بجائے ان کی ساخت سے متعین ہوتی ہیں۔ انہیں آپٹیکل میٹامٹریئلز کے معروف خاندان کے ہم منصب کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ انہیں اکثر ایلسٹوڈینامک میٹامٹریئلز بھی کہا جاتا ہے اور اس میں صوتی میٹامٹریئلز کو غائب ہونے والے شیر کے ایک خاص معاملے کے طور پر شامل کیا جاتا ہے۔ ان کی مکینیکل خصوصیات کو ایسی اقدار کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے جو فطرت میں نہیں مل سکتی ہیں۔ مکینیکل میٹا میٹریلز کی مثالیں صوتی/فونونک میٹا میٹریلز صوتی یا فونونک میٹا میٹریلز صوتی خصوصیات کی نمائش کر سکتے ہیں جو فطرت میں نہیں پائی جاتی ہیں، جیسے کہ منفی موثر بلک ماڈیولس، منفی موثر بڑے پیمانے پر کثافت، یا دوہری منفییت۔ وہ صوتی ذیلی طول موج امیجنگ، سپر لینسنگ، منفی اضطراب یا تبدیلی صوتیات جیسے (زیادہ تر اب بھی خالص سائنسی) ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ منفی پوسن کا تناسب (آکسیٹکس) والے مواد پوسن کا تناسب اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ جب کوئی مواد طول البلد طور پر کمپریس کیا جاتا ہے تو وہ کس طرح پھیلتا ہے (یا سکڑتا ہے)۔ اگرچہ زیادہ تر قدرتی مواد میں مثبت پوسن کا تناسب ہوتا ہے (ہمارے بدیہی خیال کے مطابق کہ کسی مواد کو کمپریس کرنے سے اسے آرتھوگنل سمت میں پھیلنا چاہیے)، آکسیٹک مواد کے نام سے جانا جانے والا انتہائی مواد کا ایک خاندان پوسن کے تناسب کو صفر سے نیچے ظاہر کر سکتا ہے۔ ان کی مثالیں فطرت میں پائی جا سکتی ہیں، یا من گھڑت، اور اکثر کم حجم والے مائیکرو اسٹرکچر پر مشتمل ہوتی ہیں جو بلک میٹریل کو انتہائی خصوصیات فراہم کرتی ہیں۔ منفی پوائسن کا تناسب (الٹا ہیکساگونل پیریڈیسٹی سیل) رکھنے والے مرکبات کے سادہ ڈیزائن 1985 میں شائع کیے گئے تھے۔ اس کے علاوہ، بعض اوریگامی فولڈز جیسے میورا فولڈ اور، عام طور پر، زگ زگ پر مبنی فولڈز بھی منفی پوسن کے تناسب کو ظاہر کرنے کے لیے جانے جاتے ہیں۔ منفی طول البلد اور حجم کمپریسبلٹی ٹرانزیشن کے ساتھ میٹامیٹریل توازن میں ایک بند تھرموڈینامک نظام میں، استحکام کی رکاوٹوں کی وجہ سے طول البلد اور حجم کمپریسبلٹی دونوں لازمی طور پر غیر منفی ہوتے ہیں۔ اس وجہ سے، جب تناؤ ہوتا ہے، تو عام مواد لاگو قوت کی سمت میں پھیلتا ہے۔ تاہم، یہ دکھایا گیا ہے کہ میٹا میٹریلز کو منفی کمپریسبلٹی ٹرانزیشنز کی نمائش کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے، جس کے دوران تناؤ ہونے پر مواد سکڑتا ہے (یا دباؤ پڑنے پر توسیع)۔ جب آئسوٹروپک تناؤ کا شکار ہوتے ہیں، تو یہ میٹامیٹریئل منفی حجم کمپریسبلٹی ٹرانزیشن بھی ظاہر کرتے ہیں۔ میٹا میٹریلز کی اس کلاس میں، منفی ردعمل اطلاق شدہ قوت کی سمت کے ساتھ ہوتا ہے، جو ان مواد کو ان سے ممتاز کرتا ہے جو منفی ٹرانسورسل ردعمل ظاہر کرتے ہیں (جیسے کہ منفی پوئسون کے تناسب کے مطالعہ میں)۔ پینٹاموڈ میٹامٹریئلز یا میٹا فلوئڈز ایک پینٹاموڈ میٹامٹریئل ایک مصنوعی تین جہتی ڈھانچہ ہے جو ٹھوس ہونے کے باوجود مثالی طور پر سیال کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ اس طرح، اس کا ایک محدود بلک ہے لیکن شیر ماڈیولس غائب ہو رہا ہے، یا دوسرے الفاظ میں اسے کمپریس کرنا مشکل ہے لیکن خراب کرنا آسان ہے۔ زیادہ ریاضیاتی انداز میں بات کرتے ہوئے، پینٹاموڈ میٹا میٹریلز میں لچکدار ٹینسر ہوتا ہے جس میں صرف ایک غیر صفر آئجن ویلیو اور پانچ (پینٹا) غائب ہونے والی آئجن ویلیوز ہوتی ہیں۔ پینٹاموڈ ڈھانچے کو 1995 میں گریم ملٹن اور آندرج چیرکائیو نے نظریاتی طور پر تجویز کیا تھا لیکن 2012 کے اوائل تک اسے تیار نہیں کیا گیا تھا۔ نظریہ کے مطابق، پینٹاموڈ میٹا میٹریلز کو مکمل طور پر من مانی لچکدار خصوصیات والے مواد کے لیے بلڈنگ بلاکس کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ پینٹاموڈ ڈھانچوں کے انیسوٹروپک ورژن ٹرانسفارمیشن ایلسٹوڈینامکس اور ایلسٹوڈینامک کلاکنگ کے لیے ایک امیدوار ہیں۔ کاسیریٹ اور مائکرو پولر میٹامٹریئلز اکثر کاچی لچک مکینیکل میٹامٹریئلز کے موثر رویے کو بیان کرنے کے لیے کافی ہے۔ جب عام میٹا میٹریلز کے یونٹ سیل سینٹروسیمیٹرک نہیں ہوتے ہیں تو یہ دکھایا گیا ہے کہ چیرل مائکرو پولر لچک (یا کاسیریٹ) کا استعمال کرتے ہوئے ایک موثر وضاحت کی ضرورت تھی۔ مائکرو پولر لچک جامد صورت میں ٹرانسلیشنل اور گردش کی ڈگری آف فریڈم کے جوڑے کو یکجا کرتی ہے اور نظری سرگرمی کے مساوی رویے کو ظاہر کرتی ہے۔ 2006 میں ملٹن، برائن اور ولیس نے دکھایا کہ لکیری ایلسٹوڈینامکس کی درست غیر متغیر شکل مساوات کا مقامی مجموعہ ہے جو اصل میں 1970 کی دہائی کے آخر اور 1980 کی دہائی کے اوائل میں ولیس نے غیر یکساں مواد کی ایلسٹوڈینامکس کو بیان کرنے کے لیے تجویز کیا تھا۔ اس میں تناؤ، تناؤ اور رفتار کے درمیان اور رفتار، تناؤ اور رفتار کے درمیان بظاہر غیر معمولی (لچکدار مواد میں) جوڑا شامل ہے۔ نیویئر کی مساوات کی غیر متغیریت تبدیلی کے نظریہ کے تحت واقع ہو سکتی ہے، لیکن اس کے لیے غیر ہم آہنگ تناؤ والے مواد کی ضرورت ہوگی، اس لیے اوپر بیان کردہ کاسیریٹ مواد میں دلچسپی ہے۔ جسم کے ٹارک کی تقسیم کے ساتھ قطبی مواد کے ساتھ ایک ایلسٹوسٹیٹک کلاک جو تناؤ کی ہم آہنگی کو توڑتا ہے، تیار کیا گیا اور کامیابی سے تجربہ کیا گیا۔ اس نظریہ کو مقالے میں نورس اور شوالوف نے مزید بنیادیں دیں۔ ان کاغذات کی بنیاد پر لکیری لچک کے لیے قریب کلاکنگ کا ریاضیاتی نظریہ تیار کیا گیا ہے۔ 2021 میں تجویز کردہ میٹا ٹرائبو میٹریلز، اندرونی سینسنگ اور انرجی ہارویسٹنگ فنکشنلٹیز کے ساتھ ملٹی فنکشنل مکینیکل میٹامیٹریلز کی ایک نئی کلاس ہیں۔ یہ مادی نظام باریک موزوں اور ٹپوولوجیکل طور پر مختلف ٹرائبو الیکٹرک مائیکرو اسٹرکچرز پر مشتمل ہیں۔ میٹا-ٹرائبومیٹریئلز، اے۔ کے۔ اے۔ خود آگاہ جامع مکینیکل میٹامٹریئلز، نینو جنریٹرز اور سینسنگ میڈیا کے طور پر کام کر سکتے ہیں تاکہ اس کے آپریٹنگ ماحول کے بارے میں براہ راست معلومات اکٹھا کی جا سکیں۔ وہ قدرتی طور پر کلاسیکی مکینیکل میٹامٹریئلز کے ذریعہ پیش کردہ بہتر مکینیکل خصوصیات کے وارث ہوتے ہیں۔ مکینیکل محرکات کے تحت، میٹا ٹرائبو میٹریل برقی اشارے پیدا کرتے ہیں جن کا استعمال فعال سینسنگ اور سینسرز اور سرایت شدہ الیکٹرانکس کو بااختیار بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹرانک مکینیکل میٹا میٹریلز الیکٹرانک مکینیکل میٹا میٹریلز ڈیجیٹل کمپیوٹنگ اور انفارمیشن اسٹوریج کی صلاحیتوں کے ساتھ فعال مکینیکل میٹا میٹریلز ہیں۔ انہوں نے 2023 میں تجویز کردہ میٹا میکانٹرونکس (مکینیکل میٹا میٹریل الیکٹرانکس) کے ایک نئے سائنسی شعبے کی بنیاد رکھی ہے۔ یہ مادی نظام میکانی میٹا میٹریلز، ڈیجیٹل الیکٹرانکس اور نینو انرجی ہارویسٹنگ کو مربوط کرنے کے ذریعے بنائے گئے میٹا ٹرائبو میٹریلز کی ایک بہتر قسم ہیں۔ ٹرائبو الیکٹرک، پیزو الیکٹرک، پائرو الیکٹرک) ٹیکنالوجیز۔ وہ بیرونی محرکات، خود طاقت کو محسوس کر سکتے ہیں اور ایک مربوط بند لوپ کنٹرول سسٹم بنانے کے لیے معلومات پر عمل کر سکتے ہیں۔ الیکٹرانک مکینیکل میٹا میٹریلز کو ڈیجیٹل منطق گیٹس، یعنی AND، OR، XOR، NAND، NOR، اور XNOR، یا میکانکی طور پر ذمہ دار ڈیٹا اسٹوریج ڈیوائسز کے طور پر ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح، وہ ممکنہ طور پر مستقبل کے مکینیکل میٹا میٹریل کمپیوٹرز (ایم ایم سی) کی ترقی کا باعث بن سکتے ہیں، جو مکینیکل میٹا میٹریلز سے بنے الیکٹرانکس کے ساتھ روایتی الیکٹرانکس کی تکمیل کرتے ہیں۔ اس طرح کے کمپیوٹنگ میٹا میٹریل سسٹم انتہائی بوجھ اور سخت ماحول میں خاص طور پر مفید ہو سکتے ہیں (مثال کے طور پر۔ اعلی دباؤ، اعلی/کم درجہ حرارت اور تابکاری کی نمائش) جہاں روایتی سیمی کنڈکٹر الیکٹرانکس اپنے ڈیزائن کردہ منطقی افعال کو برقرار نہیں رکھ سکتے ہیں۔ ہائپرلاسٹک کلاکنگ اور انواریینس غیر ہم آہنگ تناؤ کو حاصل کرنے کا ایک اور طریقہ یہ ہے کہ پہلے سے دباؤ والے ہائپرلاسٹک مواد کو استعمال کیا جائے اور "چھوٹے پر بڑے" کا نظریہ، یعنی۔ پہلے سے دباؤ والے غیر لکیری میڈیا کے ذریعے لچکدار لہر کا پھیلاؤ۔ پروسیڈنگز آف دی رائل سوسائٹی اے میں 2012 میں لکھے گئے دو مقالے نام نہاد ہائپرلاسٹک کلاکنگ اور انواریینس کے اس اصول کو قائم کرتے ہیں اور اس کے بعد سے لچکدار لہر کلاکنگ اور فونونک میڈیا کے ساتھ مل کر متعدد طریقوں سے استعمال کیے گئے ہیں۔ حوالہ جات میٹامٹریئلز