Organic photorefractive materials
نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مواد وہ مواد ہیں جو روشنی کے سامنے آنے پر ریفریکٹیو انڈیکس میں عارضی تبدیلی ظاہر کرتے ہیں۔ بدلتا ہوا اضطراری اشاریہ روشنی کو پورے مادے میں رفتار تبدیل کرنے کا سبب بنتا ہے اور کرسٹل میں ہلکے اور سیاہ علاقے پیدا کرتا ہے۔ بائیو میڈیکل اسکین اور آپٹیکل کمپیوٹنگ میں استعمال کے لیے ہولوگرافک تصاویر تیار کرنے کے لیے تعمیر کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ نامیاتی مادوں میں کیمیائی ساخت کو جس آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے وہ فوٹو ریفریکٹیو اثر کو زیادہ قابل قابو بناتا ہے۔ اگرچہ فوٹو ریفریکٹیو اثر کے پیچھے طبیعیات کافی عرصے سے معلوم تھی، لیکن یہ اثر پہلی بار 1967 میں لی این بی او 3 میں مشاہدہ کیا گیا تھا۔ تیس سال سے زیادہ عرصے تک، اس اثر کا مشاہدہ اور مطالعہ خصوصی طور پر غیر نامیاتی مواد میں کیا گیا، 1990 تک، جب ایک غیر لکیری نامیاتی کرسٹل 2-(سائکلوکٹیلامینو)-5-نائٹروپائریڈائن (سی او اے این پی) کو 7,7,8 کے ساتھ ڈوپ کیا گیا، 8-ٹیٹراسیانوکوینوڈیمیتھین (ٹی سی این کیو) نے فوٹو ریفریکٹیو اثر کا مظاہرہ کیا۔ اگرچہ غیر نامیاتی مواد پر مبنی الیکٹرانکس موجودہ مارکیٹ پر حاوی ہیں، اس کے بعد سے نامیاتی پی آر مواد میں بہت بہتری آئی ہے اور فی الحال انہیں غیر نامیاتی کرسٹل کا مساوی متبادل سمجھا جاتا ہے۔ نظریہ دو مظاہر ہیں جو جب ایک ساتھ مل جاتے ہیں تو فوٹو ریفریکٹیو اثر پیدا کرتے ہیں۔ یہ فوٹو کنڈکٹیویٹی ہیں، جن کا مشاہدہ سب سے پہلے 1873 میں ولوگبی اسمتھ نے سیلینیم میں کیا تھا، اور پوکلز ایفیکٹ، جس کا نام فریڈرک کارل الون پوکلز کے نام پر رکھا گیا تھا جس نے 1893 میں اس کا مطالعہ کیا تھا۔ فوٹو کنڈکٹیویٹی کسی ایسے مواد کی خاصیت ہے جو برقی چارج کیریئر تیار کرنے کے لیے مناسب طول موج کی واقع روشنی کی صلاحیت کو بیان کرتی ہے۔ ایک اندرونی سیمی کنڈکٹر کی فرمی سطح بالکل بینڈ گیپ کے وسط میں ہوتی ہے۔ کنڈکشن بینڈ میں آزاد الیکٹرانوں کی کثافت n اور ویلینس بینڈ میں آزاد سوراخ h کو مساوات کے ذریعے پایا جا سکتا ہے: اور جہاں NC اور NV کنڈکشن بینڈ کے نچلے حصے اور ویلینس بینڈ کے اوپری حصے میں ریاستوں کی کثافت ہیں، بالترتیب، ای سی اور ای وی متعلقہ توانائیاں ہیں، EF فرمی سطح ہے، kB بولٹزمین کا مستقل ہے اور T مطلق درجہ حرارت ہے۔ سیمی کنڈکٹر، یا ڈوپنگ میں نجاست کا اضافہ، اضافی سوراخ یا الیکٹران پیدا کرتا ہے، جو کافی کثافت کے ساتھ، فرمی کی سطح کو نجاست کی پوزیشن میں جوڑ سکتا ہے۔ کافی توانائی سے بھرپور روشنی چارج کیریئرز کو اتنا پرجوش کر سکتی ہے کہ وہ ابتدائی خالی مقامی سطحوں کو آباد کر دیں گے۔ پھر، کنڈکشن اور/یا ویلینس بینڈ میں فری کیریئرز کی کثافت میں اضافہ ہوگا۔ ان تبدیلیوں کو مدنظر رکھتے ہوئے، مستحکم حالت والی فرمی کی سطحوں کو الیکٹرانوں کے لیے EFn اور سوراخوں کے لیے-EFp کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ کثافت n اور h ہیں، پھر برابر ہیں۔ EFn اور EFp کے درمیان مقامی ریاستیں 'فوٹو ایکٹیو سینٹرز' کے نام سے جانی جاتی ہیں۔ چارج کیریئرز ان ریاستوں میں طویل عرصے تک رہتے ہیں جب تک کہ وہ مخالف چارج شدہ کیریئر کے ساتھ دوبارہ نہیں مل جاتے۔ تاہم، ای ایف این-ای ایف پی توانائی سے باہر کی ریاستیں اپنے چارج کیریئرز کو قریبی توسیعی ریاستوں میں منتقل کرتی ہیں۔ مادے کی چالکتا پر واقع روشنی کا اثر روشنی اور مادے کی توانائی پر منحصر ہوتا ہے۔ مختلف ڈوپڈ مواد میں کئی مختلف قسم کے فوٹو ایکٹیو مراکز ہو سکتے ہیں، جن میں سے ہر ایک کے لیے مختلف ریاضیاتی علاج کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، صرف ایک قسم کے چارج کیریئر اور ایک قسم کے فوٹو ایکٹیو سینٹر والے مواد میں واقع روشنی اور چالکتا کے درمیان تعلق کو ظاہر کرنا بہت مشکل نہیں ہے۔ اس طرح کے مادے کی تاریک چالکتا اس طرح دی جاتی ہے جہاں σd چالکتا ہے، e = الیکٹران چارج، ND اور N کل فوٹو ایکٹو مراکز اور آئنائزڈ خالی الیکٹران قبولیت ریاستوں کی کثافت ہیں، بالترتیب، β تھرمل فوٹو الیکٹران جنریشن گتانک ہے، μ نقل و حرکت مستقل ہے اور τ فوٹو الیکٹران لائف ٹائم ہے۔ فوٹو کنڈکٹیویٹی کے لیے مساوات واقع روشنی کے پیرامیٹرز کو β کے لیے تبدیل کرتی ہے اور یہ ہے جس میں s فوٹو الیکٹران نسل کے لیے موثر کراس سیکشن ہے، h پلانک مستقل ہے، ν واقع روشنی کی تعدد ہے، اور اصطلاح I = I0e−αz جس میں I0 واقع تابکاری ہے، z کرسٹل کی موٹائی کے ساتھ ہم آہنگی ہے اور α روشنی کی شدت کے نقصان کا گتانک ہے۔ الیکٹرو آپٹک اثر برقی میدان کے جواب میں کسی دیئے گئے مواد کی نظری خصوصیات میں تبدیلی ہے۔ بہت سے مختلف واقعات ہیں، یہ سب الیکٹرو آپٹک اثر کے ذیلی گروپ میں ہیں، اور پوکلز اثر ان واقعات میں سے ایک ہے۔ بنیادی طور پر، پوکلز اثر ایک اطلاق شدہ برقی میدان کی وجہ سے مادے کے اضطراری اشاریہ کی تبدیلی ہے۔ کسی مادے کا اضطراری اشاریہ وہ عنصر ہے جس کے ذریعے خلا میں روشنی کی رفتار کے مقابلے مرحلے کی رفتار کم ہوتی ہے۔ مائکرو اسکیل پر، اس طرح کی کمی واقع روشنی کے برقی مقناطیسی میدان کے تابع ہونے کے بعد ہر ایٹم کے چارجز میں خلل کی وجہ سے ہوتی ہے۔ جیسے جیسے الیکٹران توانائی کی سطح کے گرد حرکت کرتے ہیں، کچھ توانائی برقی مقناطیسی لہر کے طور پر اسی تعدد پر لیکن مرحلے میں تاخیر کے ساتھ جاری ہوتی ہے۔ کسی میڈیم میں ظاہری روشنی اس طرح سے خارج ہونے والی تمام لہروں کی ایک سپرپوزیشن ہوتی ہے، اور اس لیے اس کے نتیجے میں آنے والی روشنی کی لہر کی طول موج کم ہوتی ہے لیکن ایک ہی تعدد ہوتی ہے اور روشنی کی لہر کے مرحلے کی رفتار کم ہو جاتی ہے۔ مواد پوکلز کے اثر کو ظاہر کرے گا یا نہیں اس کا انحصار اس کی ہم آہنگی پر ہے۔ سینٹروسیمیٹرک اور غیر سینٹروسیمیٹرک میڈیا دونوں پوکلز، کیر اثر کی طرح اثر کا مظاہرہ کریں گے۔ اضطراری اشاریہ کی تبدیلی برقی میدان کی طاقت کے مربع کے متناسب ہوگی اور اس وجہ سے پوکلز اثر سے بہت کمزور ہوگی۔ یہ صرف غیر سینٹروسیمیٹرک مواد ہے جو پوکلز کے اثر کو ظاہر کر سکتا ہے: مثال کے طور پر، لیتھیم ٹینٹالائٹ (ٹرائگنل کرسٹل) یا گیلیم آرسنائڈ (زنک-بلینڈے کرسٹل) ؛ نیز خاص طور پر ڈیزائن کیے گئے نامیاتی مالیکیولز کے ساتھ پالش شدہ پولیمر۔ پوکلز کے اثر کو ریاضیاتی طور پر سب سے پہلے انڈیکس ایلیپسائڈ کو متعارف کروا کر بیان کرنا ممکن ہے-یہ ایک تصور ہے جو مادے کے ریفریکٹیو انڈیکس کی واقفیت اور نسبتا شدت سے متعلق ہے۔ ایلیپسائڈ کی تعریف اس طرح کی جاتی ہے جس میں εi x، y، یا z محور کے ساتھ رشتہ دار اجازت ہے، اور R کم شدہ نقل مکانی ویکٹر ہے جس کی تعریف Di/کے طور پر کی گئی ہے جس میں Di برقی نقل مکانی ویکٹر ہے اور W فیلڈ انرجی ہے۔ برقی میدان ری میں اس کے مطابق ایک اخترتی پیدا کرے گا: جس میں ای اطلاق شدہ برقی میدان ہے، اور ریج ایک گتانک ہے جو کرسٹل سمیٹری اور کرسٹل محوروں کے حوالے سے کوآرڈینیٹ سسٹم کی واقفیت پر منحصر ہے۔ ان میں سے کچھ کوفیشنٹس عام طور پر صفر کے برابر ہوں گے۔ نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مواد عام طور پر، فوٹو ریفریکٹیو مواد کو درج ذیل زمروں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے، ہر معاملے میں زمروں کے درمیان سرحد تیز نہیں ہو سکتی ہے۔ غیر نامیاتی کرسٹل اور مرکب سیمی کنڈکٹر متعدد کوانٹم ویل ڈھانچے نامیاتی کرسٹل مواد پولیمر منتشر مائع کرسٹل مواد (پی ڈی ایل سی) نامیاتی بے ساختہ مواد اس تحقیق کے میدان میں، ابتدائی تحقیقات بنیادی طور پر غیر نامیاتی سیمی کنڈکٹر کے ساتھ کی گئیں۔ غیر نامیاتی کرسٹل کی بہت بڑی اقسام ہیں جیسے کہ بی اے ٹی آئی او 3، کے این بی او 3، لی این بی او 3 اور غیر نامیاتی مرکب سیمی کنڈکٹر جیسے کہ جی اے اے، آئی این پی، سی ڈی ٹی ادب میں رپورٹ کیے گئے ہیں۔ نامیاتی مادوں میں پہلا فوٹو ریفریکٹیو (پی آر) اثر 1991 میں رپورٹ کیا گیا تھا اور پھر، نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مادوں کی تحقیق نے حالیہ برسوں میں غیر نامیاتی پی آر سیمی کنڈکٹرز کے مقابلے میں بڑی توجہ مبذول کرائی ہے۔ یہ بنیادی طور پر لاگت کی تاثیر، نسبتا آسان مصنوعی طریقہ کار، اور کیمیائی یا ساختیاتی تبدیلیوں میں ترمیم کے ذریعے ٹیون ایبل خصوصیات کی وجہ سے ہے۔ پولیمر یا پولیمر مرکب مواد نے 100% تفریق کی کارکردگی کی بہترین فوٹو ریفریکٹیو خصوصیات ظاہر کی ہیں۔ حال ہی میں، کم شیشے کی منتقلی کے درجہ حرارت کے بے ساختہ مرکب انتہائی موثر پی آر مواد کے طور پر ابھرے ہیں۔ نامیاتی پی آر مواد کی ان دو کلاسوں کی بھی زیادہ تر تحقیق کی جاتی ہے۔ ان جامع مواد کے چار اجزاء ہوتے ہیں-کنڈکٹنگ میٹریل، سینسیٹائزر، کروموفور، اور دیگر ڈوپینٹ مالیکیول جن پر پی آر اثر کے لحاظ سے تبادلہ خیال کیا جانا چاہیے۔ ادب کے مطابق، سوراخ کنڈکٹرز کی ڈیزائن کی حکمت عملی بنیادی طور پر پی-ٹائپ پر مبنی ہوتی ہے اور حساسیت سے متعلق مسائل کو این-ٹائپ الیکٹران قبول کرنے والے مواد پر زور دیا جاتا ہے، جو عام طور پر مرکب میں بہت کم مواد کے ہوتے ہیں اور اس طرح الیکٹران کی ترسیل کے لیے تکمیلی راستہ فراہم نہیں کرتے ہیں۔ نامیاتی پی آر مواد پر حالیہ اشاعتوں میں، چارج ٹرانسپورٹ یونٹس کے ساتھ پولیمرک مواد کو اس کے مرکزی یا سائیڈ چین میں شامل کرنا عام بات ہے۔ اس طرح، پولیمر ایک میزبان میٹرکس کے طور پر بھی کام کرتا ہے جس کے نتیجے میں مرکب مواد کو پروسیسنگ کی وجوہات کی بناء پر کافی چپچپا فراہم کرتا ہے۔ ادب میں اب تک دکھائے گئے زیادہ تر مہمان میزبان مرکبات سوراخ کرنے والے پولیمرک مواد پر مبنی ہیں۔ پولیمر کی اکثریت کاربازول پر مبنی ہوتی ہے جس میں پولیمر جیسے پولی-(این-وینائل کاربازول) (پی وی کے) اور پولی سائلوکسینس (پی ایس ایکس) ہوتے ہیں۔ پی وی کے ایپلی کیشنز کی بڑی اقسام کے لیے اچھی طرح سے مطالعہ شدہ نظام ہے۔ پولیمر میں، چارج کو HOMO کے ذریعے منتقل کیا جاتا ہے اور نقل و حرکت پولیمر میں ملے ہوئے ڈوپینٹ کی نوعیت سے متاثر ہوتی ہے، یہ بھی ڈوپینٹ کی مقدار پر منحصر ہوتا ہے جو مہمان میزبان مواد کے لیے مرکب کے 50 وزن فیصد سے زیادہ ہو سکتا ہے۔ جیسے جیسے چارج ٹرانسپورٹ موئٹیز کا ارتکاز کم ہوتا ہے نقل و حرکت میں کمی آتی ہے، اور ڈوپینٹ کی قطعیت اور ارتکاز میں اضافہ ہوتا ہے۔ نقل و حرکت کے علاوہ، پولیمر اور متعلقہ ڈوپینٹ کی آئنائزیشن کی صلاحیت بھی نمایاں اہمیت رکھتی ہے۔ مرکب کے دیگر اجزاء کی آئنائزیشن صلاحیت کے حوالے سے پولیمر HOMO کی متعلقہ پوزیشن مواد میں بیرونی سوراخ کے جالوں کی حد کا تعین کرتی ہے۔ ٹی پی ڈی (ٹیٹرافینیلڈیمینوفینائل) پر مبنی مواد کاربازول پر مبنی (پی وی کے) مواد کے مقابلے میں زیادہ چارج کیریئر کی نقل و حرکت اور کم آئنائزیشن کی صلاحیت ظاہر کرنے کے لیے جانا جاتا ہے۔ ٹی پی ڈی پر مبنی مواد کی کم آئنائزیشن کی صلاحیت مواد کی فوٹو کنڈکٹیویٹی کو بہت بڑھاتی ہے۔ یہ جزوی طور پر سوراخ کنڈکٹر کی بڑھتی ہوئی پیچیدگی کی وجہ سے ہے، جو ایک الیکٹران ڈونر ہے، حساس ایجنٹوں کے ساتھ، جو ایک الیکٹران قبول کنندہ ہے۔ آئنائزیشن کی صلاحیت کو 5.90 ای وی (پی وی کے) سے 5.39 ای وی (ٹی پی ڈی مشتق پی اے ٹی پی ڈی) تک کم کرکے فوٹو جنریشن کی کارکردگی میں 0.3 فیصد سے 100% تک ڈرامائی اضافے کی اطلاع دی گئی۔ پی وی کے اور پی اے ٹی پی ڈی کی الیکٹرانک حالتوں کا استعمال کرتے ہوئے خاکہ میں اس کی منصوبہ بندی سے وضاحت کی گئی ہے۔ 2011 تک، نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مواد استعمال کرنے والی کوئی تجارتی مصنوعات موجود نہیں ہیں۔ بیان کردہ تمام ایپلی کیشنز قیاس آرائی پر مبنی ہیں یا تحقیقی لیبارٹریوں میں انجام دی جاتی ہیں۔ ہولوگرام تیار کرنے کے لیے درکار بڑے ڈی سی فیلڈز ڈائی الیکٹرک بریک ڈاؤن کا باعث بنتے ہیں جو لیبارٹری کے باہر مناسب نہیں ہوتے۔ دوبارہ قابل استعمال ہولوگرافک ڈسپلے جامد، مستقل ہولوگرام کی ریکارڈنگ کے لیے بہت سے مواد موجود ہیں جن میں فوٹو پولیمر، سلور ہیلائڈ فلمیں، فوٹووریسسٹ، ڈائکرومیٹڈ جلیٹن، اور فوٹو ریفریکٹیوز شامل ہیں۔ مواد اپنی زیادہ سے زیادہ تفریق کی کارکردگی، مطلوبہ بجلی کی کھپت، اور ریزولوشن میں مختلف ہوتے ہیں۔ فوٹو ریفریکٹیوز میں اعلی تفریق کی کارکردگی، اوسط کم بجلی کی کھپت، اور اعلی ریزولوشن ہوتی ہے۔ تازہ ترین ہولوگرام جن میں شیشوں کی ضرورت نہیں ہوتی وہ طبی اور فوجی امیجنگ کے لیے پرکشش ہوتے ہیں۔ اپڈیٹیبل ہولوگرام تیار کرنے کے لیے درکار مواد کی خصوصیات 100% ڈفریکشن ایفیشنسی، تیز تحریری وقت، لمبی تصویر کی استقامت، تیزی سے مٹانے کا وقت، اور بڑا رقبہ ہیں۔ غیر نامیاتی مواد موجود ہیں جو تیزی سے اپ ڈیٹ کرنے کے قابل ہیں لیکن ایک کیوبک سینٹی میٹر سے بڑا ہونا مشکل ہے۔ مائع کرسٹل 3D ڈسپلے موجود ہیں لیکن تصاویر تیار کرنے کے لیے پیچیدہ حساب کی ضرورت ہوتی ہے جو ان کی ریفریش کی شرح اور سائز کو محدود کرتی ہے۔ بلانچے اور دیگر۔ 2008 میں 4 انچ کا مظاہرہ کیا۔ x 4 انچ۔ ڈسپلے جو ہر چند منٹ میں ریفریش ہوتا ہے اور کئی گھنٹوں تک جاری رہتا ہے۔ نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مواد کلو ہرٹز ریفریش ریٹ کی صلاحیت رکھتے ہیں حالانکہ یہ مادی حساسیت اور لیزر پاور کی وجہ سے محدود ہے۔ 2010 میں ظاہر ہونے والی مادی حساسیت کے لیے کلو واٹ پلسڈ لیزرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ ٹیون ایبل کلر فلٹر سفید روشنی ایک نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو ڈفریکشن گریٹنگ سے گزرتی ہے، جو سطح پلازمون گونج اور تکمیلی طول موج کی عکاسی سے پیدا ہونے والی طول موج کے جذب کی طرف لے جاتی ہے۔ عکاسی شدہ روشنی کی طول موج کو کنٹرول کرنے کے لیے ترمیم کرکے ڈفریکشن گریٹنگ کی مدت کو ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔ یہ فلٹر چینلز، آپٹیکل ایٹنوایٹرز، اور آپٹیکل کلر فلٹرز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ آپٹیکل کمیونیکیشنز فری اسپیس آپٹیکل کمیونیکیشنز (ایف ایس او) کو ہائی فریکوئنسی لیزرز کا استعمال کرتے ہوئے ڈیٹا کے ہائی بینڈوڈتھ کمیونیکیشن کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ماحول کی طرف سے پیدا ہونے والے مرحلے کی تحریفوں کو نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو ہولوگرام کا استعمال کرتے ہوئے چار لہروں کے اختلاط کے عمل سے درست کیا جا سکتا ہے۔ ایف ایس او کی نوعیت تصاویر کو حقیقی وقت میں قریب اصل معیار پر منتقل کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ یہ اصلاح حرکت پذیر تصاویر کے لیے بھی درست کرتی ہے۔ تصویر اور سگنل پروسیسنگ نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو مواد ایک غیر لکیری ذریعہ ہے جس میں بڑی مقدار میں معلومات کو ریکارڈ اور پڑھا جا سکتا ہے۔ آپٹیکل ریکارڈنگ کی موروثی متوازی نوعیت کی وجہ سے ہولوگرام بڑی مقدار میں ڈیٹا کو تیزی سے پروسیس کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ ہولوگرام جو جلدی سے تیار اور پڑھے جا سکتے ہیں، واٹر مارک نامیاتی فوٹو ریفریکٹیو ارتباط سے ملتی جلتی فلٹر اور جوائنٹ فورئیر ٹرانسفارم ترتیبات کا استعمال کرتے ہوئے دستاویزات کی صداقت کی تصدیق کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ منطقی افعال (AND، OR، NOR، XOR، NOT) دو لہر سگنل پروسیسنگ کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیے گئے تھے۔ اعلی تفریق کی کارکردگی نے سی سی ڈی ڈٹیکٹر کو لائٹ پکسلز (1 بٹس) اور ڈارک پکسلز (0 بٹس) کے درمیان فرق کرنے کی اجازت دی۔ حوالہ جات ہولوگرافی غیر لکیری نظری مواد نامیاتی سیمی کنڈکٹر سیمی کنڈکٹر مواد کی اقسام