Phosphorene
فاسفورائن ایک دو جہتی مواد ہے جو فاسفورس پر مشتمل ہے۔ یہ سیاہ فاسفورس کی ایک واحد پرت پر مشتمل ہے، جو فاسفورس کا سب سے مستحکم الاٹروپ ہے۔ فاسفورائن گرافین (سنگل لیئر گریفائٹ) سے مشابہت رکھتا ہے۔ دو جہتی مواد میں، فاسفورائن گرافین کا حریف ہے کیونکہ اس میں ایک غیر صفر بنیادی بینڈ فرق ہوتا ہے جسے تناؤ اور اسٹیک میں تہوں کی تعداد کے ذریعے ماڈیول کیا جا سکتا ہے۔ فاسفورائن کو پہلی بار 2014 میں مکینیکل ایکسفولیشن کے ذریعے الگ کیا گیا تھا۔ سکیل ایبل فاسفورائن کی پیداوار کے لیے مائع اخراج ایک امید افزا طریقہ ہے۔ تاریخ 1914 میں سیاہ فاسفورس، فاسفورس کا ایک پرتدار، سیمی کنڈکٹنگ الاٹروپ، کی ترکیب کی گئی تھی۔ یہ الاٹروپ اعلی کیریئر کی نقل و حرکت کو ظاہر کرتا ہے۔ 2014 میں، کئی گروہوں نے ایک پرت والے فاسفورائن کو الگ کیا، جو سیاہ فاسفورس کی ایک یک پرت ہے۔ اس نے اپنے بینڈ گیپ کی وجہ سے آپٹو الیکٹرانکس اور الیکٹرانکس میں اپنی صلاحیت کی وجہ سے نئی توجہ مبذول کروائی، جسے اس کی موٹائی، انیسوٹروپک فوٹو الیکٹرانک خصوصیات اور کیریئر موبلٹی میں ترمیم کے ذریعے ٹیون کیا جا سکتا ہے۔ فاسفورائن کو ابتدائی طور پر مکینیکل کلیویج کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا گیا تھا، جو گرافین کی پیداوار میں عام طور پر استعمال ہونے والی تکنیک ہے۔ 2023 میں، آرسینک-فاسپورین کے مرکب دھاتوں نے خالص فاسفورین کے مقابلے میں زیادہ سوراخ کی نقل و حرکت کا مظاہرہ کیا اور وہ مقناطیسی بھی تھے۔ فاسفورائن کی ترکیب ایک اہم چیلنج ہے۔ فی الحال، فاسفورائن کی پیداوار کے دو اہم طریقے ہیں: اسکاچ ٹیپ پر مبنی مائیکروکلیویج اور مائع اخراج، جبکہ کئی دوسرے طریقے بھی تیار کیے جا رہے ہیں۔ پلازما کی نقاشی سے فاسفورن کی پیداوار کی بھی اطلاع ملی ہے۔ اسکاچ ٹیپ پر مبنی مائکروکلیویج میں، فاسفورائن کو میکانکی طور پر اسکاچ ٹیپ کا استعمال کرتے ہوئے سیاہ فاسفورس کرسٹل کے ایک بڑے حصے سے خارج کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد فاسفورن کو ایک سی/سی او او 2 سبسٹریٹ پر منتقل کیا جاتا ہے، جہاں اسے کسی بھی اسکاچ ٹیپ کے باقیات کو ہٹانے کے لیے ایسیٹون، آئسوپروپائل الکحل اور میتھانول سے صاف کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد سالوینٹ کے باقیات کو ہٹانے کے لیے نمونے کو 180 ڈگری سیلسیس تک گرم کیا جاتا ہے۔ مائع اخراج کے طریقہ کار میں، سب سے پہلے برینٹ اور دیگر نے اطلاع دی۔ 2014 میں اور دوسروں کے ذریعہ ترمیم شدہ، بلک بلیک فاسفورس کو پہلے مارٹر اور پیسٹل میں گرایا جاتا ہے اور پھر کم طاقت والے باتھ سونکیشن کا استعمال کرتے ہوئے غیر فعال ماحول کے تحت ڈی آکسیجنیٹڈ، این ہائیڈروس نامیاتی مائع جیسے این ایم پی میں سونکیٹ کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد غیر پتلے ہوئے سیاہ فاسفورس کو فلٹر کرنے کے لیے 30 منٹ کے لیے معطلی کو سینٹری فیوج کیا جاتا ہے۔ نتیجے میں 2 ڈی مونو لیئر اور چند پرت فاسفورائن غیر آکسائڈائزڈ اور کرسٹل ڈھانچہ، جبکہ ہوا کی نمائش فاسفورائن کو آکسائڈائز کرتی ہے اور تیزاب پیدا کرتی ہے۔ مائع اخراج کی ایک اور تبدیلی "بنیادی این-میتھائل-2-پائرولیڈون (این ایم پی) مائع اخراج" ہے۔ بلک بلیک فاسفورائن کو سنترپت NaOH/NMP محلول میں شامل کیا جاتا ہے، جسے مائع اخراج کرنے کے لیے مزید 4 گھنٹے کے لیے سونکیٹ کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد محلول کو دو بار سینٹری فیوج کیا جاتا ہے، پہلے 10 منٹ کے لیے کسی بھی غیر پتلے سیاہ فاسفورس کو ہٹانے کے لیے اور پھر 20 منٹ کے لیے زیادہ رفتار سے فاسفورائن (5-12 تہوں) کی موٹی تہوں کو NMP سے الگ کرنے کے لیے۔ اس کے بعد سپر نیٹنٹ کو فاسفورائن کی پتلی تہوں (1-7 تہوں) کو الگ کرنے کے لیے مزید 20 منٹ کے لیے تیز رفتار سے دوبارہ سینٹرفیوج کیا جاتا ہے۔ سینٹرفیوگیشن سے ہونے والے بارش کو پھر پانی میں دوبارہ تقسیم کیا جاتا ہے اور کئی بار ڈیونائزڈ پانی سے دھویا جاتا ہے۔ فاسفورائن/پانی کے محلول کو سلکان پر 280-nm SiO2 سطح کے ساتھ گرایا جاتا ہے، جہاں اسے خلا میں مزید سکھایا جاتا ہے۔ این ایم پی مائع اخراج کے طریقہ کار کو کنٹرول کے قابل سائز اور پرت نمبر، بہترین پانی کے استحکام اور اعلی پیداوار کے ساتھ فاسفورن حاصل کرنے کے لیے دکھایا گیا تھا۔ موجودہ طریقوں کے نقصان میں طویل سنیکیشن ٹائم، ہائی بوائلنگ پوائنٹ سالوینٹس، اور کم کارکردگی شامل ہیں۔ لہذا، مائع کے اخراج کے دیگر جسمانی طریقے اب بھی زیر ترقی ہیں۔ زینگ اور ساتھی کارکنوں کے تیار کردہ لیزر کی مدد سے تیار کردہ طریقہ کار نے 5 منٹ کے اندر 90 ٪ تک کی امید افزا پیداوار ظاہر کی۔ لیزر فوٹون بلک بلیک فاسفورس کرسٹل کی سطح کے ساتھ تعامل کرتا ہے، جس کی وجہ سے پلازما اور سالوینٹ کے بلبلے انٹرلیئر تعامل کو کمزور کرتے ہیں۔ لیزر توانائی، سالوینٹ (ایتھنول، میتھانول، ہیکسن وغیرہ) پر منحصر ہے۔ اور تابکاری کے وقت، فاسفورائن کی پرت کی تعداد اور پس منظر کے سائز کو کنٹرول کیا گیا۔ فاسفورائن کی اعلی پیداوار کا مظاہرہ سالوینٹس میں بہت سے گروپوں نے کیا ہے، لیکن اس مواد کے ممکنہ استعمال کو سمجھنے کے لیے، ان آزاد کھڑے نینوشیٹس کو سالوینٹس میں منظم طریقے سے سبسٹریٹس پر جمع کرنا بہت ضروری ہے۔ ایچ کور اور دیگر۔ لینگ مائر-بلوجٹ اسمبلی کا استعمال کرتے ہوئے چند پرت سیمی کنڈکٹنگ فاسفورائن کی ترکیب، انٹرفیس سے چلنے والی صف بندی اور اس کے بعد کی فعال خصوصیات کا مظاہرہ کیا۔ یہ پہلا مطالعہ ہے جو فاسفورائن کی نینوشیٹس کو مختلف سپورٹ پر جمع کرنے اور اس کے بعد ان شیٹس کو الیکٹرانک ڈیوائس میں استعمال کرنے کے چیلنج کے لیے ایک سیدھا اور ورسٹائل حل فراہم کرتا ہے۔ لہذا، لینگموئر-بلوجٹ جیسی گیلے اسمبلیوں کی تکنیکیں فاسفورائن کی الیکٹرانک کے ساتھ ساتھ آپٹو الیکٹرانک خصوصیات کے ساتھ ساتھ دیگر 2 ڈی پرتوں والے غیر نامیاتی مواد کی تلاش کے لیے ایک بہت ہی قیمتی نئے داخلی نقطہ کے طور پر کام کرتی ہیں۔ 2 ڈی فاسفورائن کو براہ راست ایپیٹیکسیل طور پر بڑھانا اب بھی ایک چیلنج ہے کیونکہ سیاہ فاسفورائن کا استحکام سبسٹریٹ کے لیے انتہائی حساس ہے، جسے نظریاتی تخروپن کے ذریعے سمجھا جاتا ہے۔ خصوصیات ساخت فاسفورن 2 ڈی مواد انفرادی تہوں پر مشتمل ہوتے ہیں جو زیادہ تر مواد میں پائے جانے والے کوولینٹ یا آئنک بانڈز کے بدلے وین ڈیر والز قوتوں کے ذریعہ ایک ساتھ رکھے جاتے ہیں۔ فاسفورس ایٹم کے 3p مداروں پر پانچ الیکٹران ہوتے ہیں، اس طرح، فاسفورس کی ساخت کے اندر فاسفورس ایٹم کی ایس پی 3 ہائبرڈائزیشن کو جنم دیتے ہیں۔ یک پرت فاسفورائن ایک چوتھائی اہرام کی ساخت کو ظاہر کرتا ہے کیونکہ پی ایٹم کے تین الیکٹران تین دیگر پی ایٹموں کے ساتھ 2.18 Å پر ہم آہنگی سے ایک تنہا جوڑا چھوڑتے ہیں۔ فاسفورس کے دو ایٹم پرت کے سطح میں ایک دوسرے سے 99 ڈگری کے فاصلے پر ہوتے ہیں، اور تیسرا فاسفورس تہوں کے درمیان 103 ڈگری پر ہوتا ہے، جس کا اوسط زاویہ 102 ڈگری ہوتا ہے۔ ڈینسٹی فنکشنل تھیوری (ڈی ایف ٹی) کے حساب کے مطابق، فاسفورائن ایک شہد کی جالی کے ڈھانچے میں تشکیل پاتا ہے جس میں ساختی پہاڑیوں کی شکل میں قابل ذکر غیر واضحیت ہوتی ہے۔ یہ پیش گوئی کی گئی ہے کہ سیاہ فاسفورس کی کرسٹل ساخت کو ہائی پریشر کے تحت امتیازی سلوک کیا جا سکتا ہے۔ یہ زیادہ تر غیر متناسب کرسٹل ڈھانچوں کی وجہ سے سیاہ فاسفورس کی انیسوٹروپک کمپریسبلٹی کی وجہ سے ہے۔ اس کے بعد، وین ڈیر والس بانڈ کو زیڈ سمت میں بہت زیادہ کمپریس کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، آرتھوگنل x-y طیارہ میں کمپریسبلٹی میں بہت فرق ہے۔ یہ اطلاع دی گئی ہے کہ پیداوار کی سینٹری فیوگل رفتار کو کنٹرول کرنے سے کسی مواد کی موٹائی کو منظم کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، ترکیب کے دوران 18000 آر پی ایم پر سینٹری فیوجنگ نے 210 این ایم کے اوسط قطر اور 2.8 ± 1.5 این ایم (2-7 تہوں) کی موٹائی کے ساتھ فاسفورائن تیار کیا۔ بینڈ گیپ اور چالکتا فاسفورائن میں موٹائی پر منحصر براہ راست بینڈ گیپ ہوتا ہے جو یک پرت میں 1.88 eV میں تبدیل ہوتا ہے جو بلک میں 0.3 eV ہوتا ہے۔ سنگل لیئر فاسفورائن میں بینڈ گیپ ویلیو میں اضافے کی پیش گوئی ویلینس کے اوپری حصے اور کنڈکشن بینڈ کے نچلے حصے کے قریب انٹر لیئر ہائبرڈائزیشن کی عدم موجودگی کی وجہ سے ہوتی ہے۔ تقریبا 1.45 ای وی پر مرکوز ایک واضح چوٹی بلک کرسٹل سے چند یا واحد پرت والے فاسفورائن فرق میں بینڈ گیپ ڈھانچے کو ظاہر کرتی ہے۔ خلا میں یا کمزور سبسٹریٹ پر، فاسفورائن کے کنارے کے نینو ٹیوب کے خاتمے کے ساتھ ایک دلچسپ تعمیر نو کرنا بہت آسان ہے، جس سے فاسفورائن کے کنارے کو دھاتی سے سیمی کنڈکٹنگ میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ ہوا کا استحکام فاسفورائن کا ایک بڑا نقصان اس کی محدود ہوا کی استحکام ہے۔ ہائگروسکوپک فاسفورس پر مشتمل اور انتہائی اعلی سطح سے حجم کے تناسب کے ساتھ، فاسفورائن پانی کے بخارات اور آکسیجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے جس میں مرئی روشنی کی مدد سے گھنٹوں کے دائرہ کار میں انحطاط ہوتا ہے۔ انحطاط کے عمل کے ذریعے، فاسفورائن (ٹھوس) سطح پر مائع مرحلے کے تیزاب 'بلبلے' تیار کرنے کے لیے آکسیجن/پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور آخر میں بخارات بن کر مکمل طور پر غائب ہو جاتا ہے (S-B-V انحطاط) اور مجموعی معیار کو شدید طور پر کم کر دیتا ہے۔ ٹرانجسٹر کے محققین نے اصل آلات میں اس کی کارکردگی کا جائزہ لینے کے لیے فاسفورائن کے ٹرانجسٹر بنائے ہیں۔ فاسفورین پر مبنی ٹرانجسٹر 1.1 مائیکرو میٹر کے چینل پر مشتمل ہوتا ہے اور 2.1 سے 20 این ایم سے زیادہ کی موٹائی کے ساتھ چند پرتوں والے فاسفورین کا استعمال کرتا ہے۔ گیٹ وولٹیج میں کمی کے ساتھ کل مزاحمت میں کمی کا مشاہدہ کیا جاتا ہے، جو فاسفورائن کی پی قسم کی خصوصیت کی نشاندہی کرتا ہے۔ کم ڈرین بائیس پر ٹرانجسٹر کا لکیری I-V تعلق فاسفورائن/میٹل انٹرفیس پر رابطے کی اچھی خصوصیات کا اشارہ کرتا ہے۔ ہائی ڈرین بائیس ویلیوز پر اچھی کرنٹ سیچوریشن کا مشاہدہ کیا گیا۔ تاہم، یہ دیکھا گیا کہ بلک بلیک فاسفورس کے مقابلے میں چند پرت والے فاسفورائن میں نقل و حرکت کم ہوتی ہے۔ فاسفورائن پر مبنی ٹرانجسٹر کی فیلڈ ایفیکٹ موبلٹی ایک مضبوط موٹائی کا انحصار ظاہر کرتی ہے، جو تقریبا 5 این ایم پر عروج پر ہے اور کرسٹل موٹائی میں مزید اضافے کے ساتھ مستقل طور پر کم ہوتی ہے۔ جوہری پرت جمع (اے ایل ڈی) ڈائی الیکٹرک پرت اور/یا ہائیڈروفوبک پولیمر کو آلات کے انحطاط اور ناکامی کو روکنے کے لیے انکوپیسولیشن تہوں کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اطلاع دی گئی ہے کہ فاسفورن ڈیوائسز اینکیپسولیشن پرت کے ساتھ ہفتوں تک اپنے کام کو برقرار رکھتی ہیں، جبکہ ماحول کی حالت کے سامنے آنے پر ایک ہفتے کے اندر ڈیوائس کی ناکامی کا تجربہ کرتی ہیں۔ بیٹری الیکٹروڈ فاسفورائن کو ریچارج ایبل بیٹریوں، جیسے لتیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک امید افزا انوڈ مواد سمجھا جاتا ہے۔ انٹر لیئر کی جگہ لتیم اسٹوریج اور منتقلی کی اجازت دیتی ہے۔ فاسفورائن کی پرت نمبر اور پس منظر کا سائز انوڈ کے استحکام اور صلاحیت کو متاثر کرتا ہے۔ انورٹر محققین نے ایم او ایس 2 این ایم او ایس ٹرانجسٹر کے ساتھ فاسفورائن پی ایم او ایس ٹرانجسٹر کو ملا کر سی ایم او ایس انورٹر (منطق سرکٹ) بھی بنایا ہے، جس سے ممکنہ الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے لیے ایک نئے چینل میٹریل کے طور پر سیمی کنڈکٹنگ فاسفورائن کرسٹل کا اعلی متنوع انضمام حاصل ہوتا ہے۔ انورٹر میں، بجلی کی فراہمی کا وولٹیج 1 V مقرر کیا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ وولٹیج-10 سے-2 V تک ان پٹ وولٹیج کی حد کے اندر VDD سے 0 میں واضح منتقلی کو ظاہر کرتا ہے۔ ~ 1.4 کا زیادہ سے زیادہ فائدہ حاصل ہوتا ہے۔ سولر سیل ڈونر میٹریل (آپٹو الیکٹرانکس) سولر سیل میٹریل میں مخلوط بائی لیئر فاسفورائن کے ممکنہ استعمال کا بھی جائزہ لیا گیا۔ لچکدار سرکٹس فاسفورائن مثالی الیکٹروسٹیٹک کنٹرول اور اعلی مکینیکل لچک کے ساتھ اپنی انتہائی پتلی نوعیت کی وجہ سے لچکدار نینو سسٹمز کے لیے ایک امید افزا امیدوار ہے۔ محققین نے چند پرتوں والے فاسفورس پر مبنی لچکدار ٹرانجسٹرز، سرکٹس اور اے ایم ڈیموڈولیٹر کا مظاہرہ کیا ہے، جس میں کمرے کے درجہ حرارت کیریئر کی نقل و حرکت کے ساتھ بہتر ایم دو قطبی نقل و حمل کو دکھایا گیا ہے جس میں 310 سینٹی میٹر 2/وی ایس اور مضبوط کرنٹ سیچوریشن ہے۔ ڈیجیٹل انورٹر، وولٹیج ایمپلیفائر اور فریکوئنسی ڈبلر سمیت بنیادی سرکٹ یونٹس کا احساس ہوا ہے۔ 20 گیگا ہرٹز کی سب سے زیادہ اندرونی کٹ آف فریکوئنسی والے ریڈیو فریکوئنسی (آر ایف) ٹرانجسٹرز کو ہائی فریکوئنسی لچکدار سمارٹ نینو سسٹمز میں ممکنہ ایپلی کیشنز کے لیے محسوس کیا گیا ہے۔ مزید دیکھیں بوروفین جرمنین گرافین سلیسین اسٹینین حوالہ جات فاسفورس سیمی کنڈکٹر مواد ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز مونو لیئرز