Crystal growth
کرسٹل ایک ایسا ٹھوس مواد ہے جس کے اجزاء ایٹم، مالیکیول یا آئن ایک ترتیب وار دہرائے جانے والے نمونے میں ترتیب دیے جاتے ہیں جو تینوں مقامی جہتوں میں پھیلا ہوا ہوتا ہے۔ کرسٹل کی نشوونما کرسٹلائزیشن کے عمل کا ایک اہم مرحلہ ہے، اور یہ کرسٹل لائن جالی کی خصوصیت کے انتظام میں نئے ایٹموں، آئنوں، یا پولیمر تاروں کے اضافے پر مشتمل ہوتا ہے۔ نشوونما عام طور پر یکساں یا متنوع (سطح اتپریرک) نیوکلیئشن کے ابتدائی مرحلے کے بعد ہوتی ہے، جب تک کہ کوئی "بیج" کرسٹل، جو ترقی کو شروع کرنے کے لیے جان بوجھ کر شامل کیا گیا ہو، پہلے سے موجود نہ ہو۔ کرسٹل کی نشوونما کے عمل سے ایک کرسٹل ٹھوس حاصل ہوتا ہے جس کے ایٹم یا مالیکیول قریب سے بھرے ہوتے ہیں، ایک دوسرے کے مقابلے میں خلا میں مقررہ پوزیشن کے ساتھ۔ مادے کی کرسٹل لائن حالت کی خصوصیت ایک الگ ساختی سختی اور اخترتی کے لیے بہت زیادہ مزاحمت ہے (یعنی۔ شکل اور/یا حجم کی تبدیلیاں)۔ زیادہ تر کرسٹل ٹھوسوں میں ینگ کے ماڈیولس اور لچک کے شیر ماڈیولس دونوں کی اعلی اقدار ہوتی ہیں۔ یہ زیادہ تر مائعوں یا سیالوں سے متصادم ہے، جن میں شیر ماڈیولس کم ہوتا ہے، اور عام طور پر میکروسکوپک چپچپا بہاؤ کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ جائزہ ایک مستحکم نیوکلئس کی کامیاب تشکیل کے بعد، نشوونما کا ایک مرحلہ شروع ہوتا ہے جس میں آزاد ذرات (ایٹم یا مالیکیول) نیوکلئس پر جذب ہوتے ہیں اور اس کے کرسٹل ڈھانچے کو نیوکلیٹنگ سائٹ سے باہر کی طرف پھیلاتے ہیں۔ یہ عمل نیوکلیئشن سے نمایاں طور پر تیز ہے۔ اس طرح کی تیز رفتار ترقی کی وجہ یہ ہے کہ حقیقی کرسٹل میں بے ترتیبی اور دیگر نقائص ہوتے ہیں، جو موجودہ کرسٹل ڈھانچے میں ذرات کے اضافے کے لیے ایک اتپریرک کے طور پر کام کرتے ہیں۔ اس کے برعکس، کامل کرسٹل (نقائص کی کمی) بہت آہستہ آہستہ بڑھیں گے۔ دوسری طرف، نجاست کرسٹل گروتھ انفیکٹر کے طور پر کام کر سکتی ہیں اور کرسٹل کی عادت میں بھی ترمیم کر سکتی ہیں۔ نیوکلیشن نیوکلیشن یا تو یکساں ہو سکتا ہے، غیر ملکی ذرات کے اثر کے بغیر، یا غیر ملکی ذرات کے اثر کے ساتھ متنوع ہو سکتا ہے۔ عام طور پر، متنوع نیوکلیئشن زیادہ تیزی سے ہوتا ہے کیونکہ غیر ملکی ذرات کرسٹل کے بڑھنے کے لیے ایک سہارے کے طور پر کام کرتے ہیں، اس طرح ایک نئی سطح بنانے کی ضرورت اور ابتدائی سطح کی توانائی کی ضروریات کو ختم کر دیتے ہیں۔ ہیٹروجینیئس نیوکلیئشن کئی طریقوں سے ہو سکتا ہے۔ جن کنٹینر پر کرسٹل اگایا جا رہا ہے ان میں سے کچھ سب سے زیادہ عام چھوٹی شمولیت، یا کٹوتی ہیں۔ اس میں شیشے کے برتن کے اطراف اور نیچے خروںچ شامل ہیں۔ کرسٹل کی افزائش میں ایک عام عمل یہ ہے کہ کسی غیر ملکی مادے، جیسے تار یا چٹان کو محلول میں شامل کیا جائے، اس طرح کرسٹل کی نشوونما کو آسان بنانے اور مکمل طور پر کرسٹلائز ہونے کے وقت کو کم کرنے کے لیے نیوکلیئشن سائٹس فراہم کیے جائیں۔ نیوکلیئٹنگ سائٹس کی تعداد کو بھی اس طریقے سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ اگر شیشے کے برتن کا بالکل نیا ٹکڑا یا پلاسٹک کا کنٹینر استعمال کیا جاتا ہے، تو کرسٹل نہیں بن سکتے کیونکہ کنٹینر کی سطح متنوع نیوکلیئشن کی اجازت دینے کے لیے بہت ہموار ہوتی ہے۔ دوسری طرف، ایک بری طرح کھرچنے والے کنٹینر کے نتیجے میں چھوٹے کرسٹل کی بہت سی قطاریں ہوں گی۔ درمیانے درجے کے کرسٹل کی اعتدال پسند تعداد حاصل کرنے کے لیے، ایک کنٹینر جس میں چند خروںچ ہوں، بہترین کام کرتا ہے۔ اسی طرح، کرسٹل اگانے والے پروجیکٹ میں پہلے سے بنے چھوٹے کرسٹل، یا بیج کے کرسٹل شامل کرنے سے حل کو نیوکلیٹنگ سائٹس فراہم ہوں گی۔ صرف ایک بیج کے کرسٹل کے اضافے کے نتیجے میں ایک بڑا واحد کرسٹل ہونا چاہیے۔ ترقی کے طریقہ کار کرسٹل اور اس کے بخارات کے درمیان انٹرفیس پگھلنے کے مقام سے نیچے درجہ حرارت پر سالماتی طور پر تیز ہو سکتا ہے۔ ایک مثالی کرسٹل سطح واحد تہوں کے پھیلنے سے، یا اس کے مساوی طور پر، تہوں کو پابند کرنے والے نمو کے مراحل کے پس منظر کی پیش قدمی سے بڑھتی ہے۔ ادراکی نمو کی شرحوں کے لیے، اس طریقہ کار کے لیے ایک محدود محرک قوت (یا سپر کولنگ کی ڈگری) کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ نیوکلیئشن رکاوٹ کو اتنا کم کیا جا سکے کہ نیوکلیئشن تھرمل اتار چڑھاؤ کے ذریعے واقع ہو۔ پگھلنے سے کرسٹل کی نشوونما کے نظریہ میں، برٹن اور کیبریرا نے دو بڑے میکانزم کے درمیان فرق کیا ہے: غیر یکساں پس منظر کی نشوونما سطح کی ترقی ان مراحل کی پس منظر کی حرکت سے ہوتی ہے جو اونچائی میں ایک انٹرپلانر فاصلہ (یا اس کے کچھ لازمی متعدد) ہوتے ہیں۔ سطح کا ایک عنصر کسی تبدیلی سے نہیں گزرتا ہے اور ایک قدم کے گزرنے کے دوران کے علاوہ اپنے آپ میں معمول کے مطابق آگے نہیں بڑھتا ہے، اور پھر یہ قدم کی اونچائی سے آگے بڑھتا ہے۔ اس قدم کو کسی سطح کے دو ملحقہ علاقوں کے درمیان منتقلی کے طور پر سمجھنا مفید ہے جو ایک دوسرے کے متوازی ہیں اور اس طرح ترتیب میں ایک جیسے ہیں-جو جالی کے طیاروں کی ایک لازمی تعداد سے ایک دوسرے سے بے گھر ہیں۔ یہاں ایک پھیلی ہوئی سطح میں ایک قدم کے واضح امکان کو نوٹ کریں، حالانکہ قدم کی اونچائی پھیلی ہوئی سطح کی موٹائی سے بہت کم ہوگی۔ یکساں نارمل گروتھ سطح مرحلہ وار گروتھ میکانزم کی ضرورت کے بغیر اپنے آپ میں نارمل ترقی کرتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ کافی تھرموڈینامک ڈرائیونگ فورس کی موجودگی میں، سطح کا ہر عنصر انٹرفیس کی ترقی میں حصہ لینے والی مسلسل تبدیلی کی صلاحیت رکھتا ہے۔ تیز یا متضاد سطح کے لیے، یہ مسلسل تبدیلی ہر مسلسل نئی پرت کے لیے بڑے علاقوں پر کم و بیش یکساں ہو سکتی ہے۔ زیادہ پھیلی ہوئی سطح کے لیے، مسلسل ترقی کے طریقہ کار میں بیک وقت کئی پرتوں پر تبدیلیوں کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ غیر یکساں پس منظر کی نشوونما مراحل کی ہندسی حرکت ہے-جیسا کہ پوری سطح کی حرکت کے برعکس جو خود کے لیے نارمل ہے۔ متبادل طور پر، یکساں معمول کی نشوونما سطح کے کسی عنصر کے وقت کی ترتیب پر مبنی ہوتی ہے۔ اس موڈ میں کوئی حرکت یا تبدیلی نہیں ہوتی سوائے اس کے کہ جب کوئی قدم مسلسل تبدیلی سے گزرتا ہے۔ دی گئی شرائط کے کسی بھی سیٹ کے تحت کون سا میکانزم آپریٹو ہوگا اس کی پیش گوئی کرسٹل گروتھ کی تفہیم کے لیے بنیادی ہے۔ یہ پیشین گوئی کرنے کے لیے دو معیارات استعمال کیے گئے ہیں: سطح پھیلی ہوئی ہے یا نہیں: ایک پھیلی ہوئی سطح وہ ہے جس میں ایک مرحلے سے دوسرے مرحلے میں تبدیلی مسلسل ہوتی ہے، جو کئی جوہری طیاروں پر ہوتی ہے۔ یہ ایک تیز سطح کے برعکس ہے جس کے لیے خاصیت میں بڑی تبدیلی ہوتی ہے (مثال کے طور پر۔ کثافت یا ساخت) متضاد ہے، اور عام طور پر ایک انٹرپلانر فاصلے کی گہرائی تک محدود ہے۔ سطح واحد ہے یا نہیں: واحد سطح وہ ہوتی ہے جس میں واقفیت کے فعل کے طور پر سطح کا تناؤ کم سے کم ہوتا ہے۔ واحد سطحوں کی نشوونما کے لیے اقدامات کی ضرورت ہوتی ہے، جبکہ عام طور پر یہ مانا جاتا ہے کہ غیر واحد سطحیں مسلسل اپنے لیے معمول کی طرف بڑھ سکتی ہیں۔ ڈرائیونگ فورس لیٹرل گروتھ کی ظاہری شکل کے لیے اگلی ضروری ضروریات پر غور کریں۔ یہ واضح ہے کہ لیٹرل گروتھ میکانزم اس وقت پایا جائے گا جب سطح کا کوئی بھی علاقہ محرک قوت کی موجودگی میں میٹاسٹیبل توازن تک پہنچ سکتا ہے۔ اس کے بعد یہ ایک قدم کے گزرنے تک اس طرح کے توازن کی ترتیب میں رہے گا۔ اس کے بعد، ترتیب یکساں ہوگی سوائے اس کے کہ مرحلے کا ہر حصہ لیکن قدم کی اونچائی سے آگے بڑھ جائے گا۔ اگر سطح محرک قوت کی موجودگی میں توازن تک نہیں پہنچ سکتی ہے، تو یہ قدموں کی پس منظر کی حرکت کا انتظار کیے بغیر آگے بڑھتی رہے گی۔ اس طرح، کاہن نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ امتیازی خصوصیت سطح کی محرک قوت کی موجودگی میں توازن کی حالت تک پہنچنے کی صلاحیت ہے۔ انہوں نے یہ بھی نتیجہ اخذ کیا کہ کرسٹل میڈیم میں ہر سطح یا انٹرفیس کے لیے، ایک اہم محرک قوت موجود ہے، جو، اگر اس سے تجاوز کر جائے تو، سطح یا انٹرفیس کو اپنے آپ کو نارمل کرنے کے قابل بنائے گی، اور اگر اس سے تجاوز نہیں کیا گیا تو، لیٹرل گروتھ میکانزم کی ضرورت ہوگی۔ اس طرح، کافی بڑی ڈرائیونگ قوتوں کے لیے، انٹرفیس متنوع نیوکلیئشن یا سکرو ڈسلوکیشن میکانزم کے فائدے کے بغیر یکساں طور پر حرکت کر سکتا ہے۔ کافی بڑی محرک قوت کیا ہوتی ہے اس کا انحصار انٹرفیس کے پھیلاؤ پر ہوتا ہے، تاکہ انتہائی پھیلے ہوئے انٹرفیس کے لیے یہ اہم محرک قوت اتنی چھوٹی ہو کہ کوئی بھی قابل پیمائش محرک قوت اس سے تجاوز کر جائے۔ متبادل طور پر، تیز انٹرفیس کے لیے، اہم محرک قوت بہت بڑی ہوگی، اور زیادہ تر ترقی لیٹرل اسٹیپ میکانزم کے ذریعے ہوگی۔ نوٹ کریں کہ ایک عام مضبوطی یا کرسٹلائزیشن کے عمل میں، تھرموڈینامک ڈرائیونگ فورس کا تعین سپر کولنگ کی ڈگری سے ہوتا ہے۔ مورفولوجی عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ کرسٹل کی مکینیکل اور دیگر خصوصیات بھی موضوع سے مطابقت رکھتی ہیں، اور یہ کہ کرسٹل مورفولوجی نمو کی حرکیات اور جسمانی خصوصیات کے درمیان گمشدہ ربط فراہم کرتی ہے۔ ضروری تھرموڈینامک آلات یوسیاہ ولارڈ گبز کے متفرق توازن کے مطالعہ کے ذریعے فراہم کیے گئے تھے۔ انہوں نے سطحی توانائی کی ایک واضح تعریف فراہم کی، جس کے ذریعے سطحی تناؤ کے تصور کو ٹھوسوں کے ساتھ ساتھ مائعوں پر بھی لاگو کیا جاتا ہے۔ انہوں نے اس بات کی بھی تعریف کی کہ ایک اینسوٹروپک سطح سے پاک توانائی ایک غیر کروی توازن کی شکل کا اشارہ کرتی ہے، جسے تھرموڈینامک طور پر اس شکل کے طور پر بیان کیا جانا چاہیے جو کل سطح سے آزاد توانائی کو کم سے کم کرتی ہے۔ یہ نوٹ کرنا انسٹرکشنل ہو سکتا ہے کہ وسکر کی نشوونما مٹھی میں زیادہ طاقت کے مکینیکل رجحان اور نشوونما کے مختلف طریقہ کار کے درمیان تعلق فراہم کرتی ہے جو ان کی ریشے دار مورفولوجیز کے لیے ذمہ دار ہیں۔ (کاربن نینو ٹیوبز کی دریافت سے پہلے، واحد کرسٹل موچھوں میں کسی بھی معلوم مواد کی سب سے زیادہ تناؤ کی طاقت تھی)۔ کچھ میکانزم نقائص سے پاک مٹھی پیدا کرتے ہیں، جبکہ دوسروں میں نشوونما کے مرکزی محور کے ساتھ سنگل سکرو ڈسلوکیشن ہو سکتے ہیں-جو اعلی طاقت والی مٹھی پیدا کرتے ہیں۔ وسکر کی نشوونما کے پیچھے کا طریقہ کار اچھی طرح سے سمجھا نہیں گیا ہے، لیکن ایسا لگتا ہے کہ کمپریسیو مکینیکل تناؤ کی طرف سے حوصلہ افزائی کی جاتی ہے جس میں میکانکی طور پر پیدا ہونے والے دباؤ، مختلف عناصر کے پھیلاؤ سے پیدا ہونے والے دباؤ، اور تھرمل طور پر پیدا ہونے والے دباؤ شامل ہیں۔ دھاتی مٹھی کئی لحاظ سے دھاتی ڈینڈرائٹس سے مختلف ہوتی ہیں۔ ڈینڈرائیٹ درخت کی شاخوں کی طرح فرن کی شکل کے ہوتے ہیں، اور دھات کی سطح پر بڑھتے ہیں۔ اس کے برعکس، مٹھی ریشے دار ہوتی ہیں اور نشوونما کی سطح، یا سبسٹریٹ کے صحیح زاویے پر پیش کی جاتی ہیں۔ پھیلاؤ پر قابو بہت عام طور پر جب سپرسیچوریشن (یا سپر کولنگ کی ڈگری) زیادہ ہوتی ہے، اور بعض اوقات یہاں تک کہ جب یہ زیادہ نہیں ہوتا ہے، تو نمو کی حرکیات پھیلاؤ پر قابو پا سکتی ہیں۔ ایسے حالات میں، پولی ہیڈرل کرسٹل کی شکل غیر مستحکم ہوگی، یہ اپنے کونوں اور کناروں پر پروٹریشن اگائے گی جہاں سپرسیچوریشن کی ڈگری اس کی اعلی ترین سطح پر ہے۔ ان پروٹریشن کے نکات واضح طور پر سب سے زیادہ سپرسیچوریشن کے نکات ہوں گے۔ عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ پھسلنا لمبا (اور نوک پر پتلا) ہو جائے گا جب تک کہ کیمیائی صلاحیت کو بڑھانے میں انٹرفیسیل فری انرجی کا اثر نوک کی نشوونما کو سست نہیں کرتا اور نوک کی موٹائی کے لیے مستقل قدر برقرار رکھتا ہے۔ اس کے بعد کے ٹپ موٹے ہونے کے عمل میں، شکل کا اسی طرح کا عدم استحکام ہونا چاہیے۔ چھوٹے ٹکڑوں یا "بلجز" کو بڑھا چڑھا کر پیش کیا جانا چاہیے-اور تیزی سے بڑھتی ہوئی شاخوں میں تیار ہونا چاہیے۔ ایسی غیر مستحکم (یا میٹاسٹیبل) صورتحال میں، اہم شاخوں اور نشوونما کی سمتوں کا تعین کرنے کے لیے انیسوٹروپی کی معمولی ڈگری کافی ہونی چاہیے۔ اس دلیل کا سب سے زیادہ پرکشش پہلو، یقینا، یہ ہے کہ اس سے ڈینڈریٹک نمو کی بنیادی مورفولوجیکل خصوصیات حاصل ہوتی ہیں۔ یہ بھی دیکھیں کہ اناج کی غیر معمولی نشوونما چاورینوف کا قاعدہ کلاؤڈ کنڈینسیشن نیوکلئی کرسٹل ڈھانچہ زوکرالسکی عمل ڈینڈرائیٹ (دھات) ڈیانا کا ٹری فریکشنل کرسٹلائزیشن آئس نیوکلئس لیزر سے گرم پیڈسٹل گروتھ مینگنیز نوڈل مائیکرو پلنگ ڈاؤن مونو کرسٹلائن وہسکر پروٹو کرسٹلائن ری کرسٹلائزیشن (کیمسٹری) سیڈ کرسٹل سنگل کرسٹل وہسکر (میٹالرجی) سیمولیشن کینیٹک مونٹی کارلو سطح کی نشوونما کا طریقہ حوالہ جات کرسٹلگرافی کرسٹلگرافی مواد سائنس معدنیات ویڈیو کلپس پر مشتمل مضامین