Bilayer graphene
بلیئر گرافین ایک مواد ہے جو گرافین کی دو تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ دو پرتوں والے گرافین کی پہلی رپورٹوں میں سے ایک گیم اور ان کے ساتھیوں کے 2004 کے سائنس کے بنیادی مقالے میں تھی، جس میں انہوں نے آلات کو بیان کیا تھا "جس میں صرف ایک، دو، یا تین جوہری پرتیں ہوتی ہیں" ساخت بلیئر گرافین اے بی، یا برنال اسٹیکڈ شکل میں موجود ہو سکتی ہے، جہاں نصف ایٹم نچلے گرافین شیٹ میں ہیکساگون کے مرکز پر براہ راست ہوتے ہیں، اور نصف ایٹم ایٹم کے اوپر ہوتے ہیں، یا، کم عام طور پر، اے اے شکل میں، جس میں پرتیں بالکل سیدھی ہوتی ہیں۔ برنال اسٹیکڈ گرافین میں، جڑواں حدود عام ہیں ؛ اے بی سے بی اے اسٹیکنگ میں منتقلی۔ مڑی ہوئی پرتیں، جہاں ایک پرت کو دوسرے کے مقابلے میں گھمایا جاتا ہے، کا بھی بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ کوانٹم مونٹی کارلو طریقوں کو اے اے-اور اے بی اسٹیکڈ بائی لیئر گرافین کی بائنڈنگ توانائیوں کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے، جو بالترتیب 11.5 (9) اور 17.7 (9) می وی فی ایٹم ہیں۔ یہ اس مشاہدے کے مطابق ہے کہ اے بی اسٹیکڈ ڈھانچہ اے اے اسٹیکڈ ڈھانچے سے زیادہ مستحکم ہے۔ ترکیب بلیئر گرافین کو گریفائٹ سے اخراج یا کیمیائی بخارات کے جمع (سی وی ڈی) کے ذریعے بنایا جا سکتا ہے۔ 2016 میں، روڈنی ایس روف اور ان کے ساتھیوں نے دکھایا کہ آکسیجن سے چلنے والے کیمیائی بخارات کے جمع ہونے سے بڑی سنگل کرسٹل بائی لیئر گرافین تیار کی جا سکتی ہے۔ بعد میں اسی سال ایک کوریائی گروپ نے ویفر اسکیل سنگل کرسٹل اے بی اسٹیکڈ بائی لیئر گرافین ٹیون ایبل بینڈ گیپ کی ترکیب کی اطلاع دی۔ مونو لیئر گرافین کی طرح، بائی لیئر گرافین میں صفر بینڈ گیپ ہوتا ہے اور اس طرح یہ سیمی میٹل کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ 2007 میں، محققین نے پیش گوئی کی کہ اگر دو تہوں پر برقی نقل مکانی کا میدان لگایا جائے تو بینڈ گیپ متعارف کرایا جا سکتا ہے: ایک نام نہاد ٹیون ایبل بینڈ گیپ۔ دو پرتوں والے گرافین میں ٹیون ایبل بینڈ گیپ کا ایک تجرباتی مظاہرہ 2009 میں ہوا۔ 2015 میں محققین نے بائی لیئر گرافین ڈومین والز پر 1 ڈی بیلسٹک الیکٹران کنڈکٹنگ چینلز کا مشاہدہ کیا۔ ایک اور گروپ نے دکھایا کہ سلکان کاربائڈ پر دو پرت والی فلموں کے بینڈ گیپ کو کیریئر کے ارتکاز کو منتخب طور پر ایڈجسٹ کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ ابھرتی ہوئی پیچیدہ حالتیں 2014 میں محققین نے دو پرتوں والے گرافین میں پیچیدہ الیکٹرانک حالتوں کے ظہور کو بیان کیا، خاص طور پر فریکشنل کوانٹم ہال اثر اور یہ ظاہر کیا کہ اسے برقی میدان کے ذریعے ٹیون کیا جا سکتا ہے۔ 2017 میں بائی لیئر گرافین میں یکساں ڈینومینیٹر فریکشنل کوانٹم ہال کی حالت کا مشاہدہ رپورٹ کیا گیا تھا۔ ایکسائٹنک کنڈینسیشن بلیئر گرافین نے ایکسائٹنز کے بوس آئن سٹائن کنڈینسیٹ کو حاصل کرنے کی صلاحیت ظاہر کی۔ الیکٹران اور سوراخ فرمیئن ہوتے ہیں، لیکن جب وہ ایک ایکسائٹن بناتے ہیں، تو وہ بوسون بن جاتے ہیں، جس سے بوس آئن سٹائن کا ارتکاز ہوتا ہے۔ دو پرتوں کے نظاموں میں ایکسائٹن کنڈینسیٹس کو نظریاتی طور پر ایک سپر کرنٹ لے جانے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ مڑے ہوئے دو پرت والے گرافین میں سپر کنڈکٹیویٹی ایم آئی ٹی کے پابلو جیریلو-ہیررو اور ہارورڈ اور نیشنل انسٹی ٹیوٹ فار میٹریل سائنس، سکوبا، جاپان کے ساتھیوں نے دو تہوں کے درمیان 1.1 ڈگری کے موڑ والے زاویے کے ساتھ دو پرت والے گرافین میں سپر کنڈکٹیویٹی کی دریافت کی اطلاع دی ہے۔ اس دریافت کا اعلان مارچ 2018 میں نیچر میں کیا گیا تھا۔ نتائج نے ایلن میکڈونلڈ اور رفیع بسٹریزر کی 2011 میں کی گئی پیش گوئیوں کی تصدیق کی کہ دو گرافین شیٹس کے درمیان سرنگ کے لیے ایک آزاد الیکٹران کو درکار توانائی کی مقدار اس زاویے پر یکسر تبدیل ہوتی ہے۔ گرافین کی دو پرت گرافین کے ایکسفولیٹڈ مونو لیئرز سے تیار کی گئی تھی، جس میں دوسری پرت کو پہلی پرت کے حوالے سے دستی طور پر ایک سیٹ اینگل پر گھمایا گیا تھا۔ اصل کاغذ میں اس طرح کے نمونوں کے ساتھ ایک نازک درجہ حرارت کا مشاہدہ کیا گیا تھا (نئے کاغذات میں قدرے زیادہ درجہ حرارت کی اطلاع دی گئی تھی)۔ جیریلو-ہیریرو نے تجویز کیا ہے کہ یہ ممکن ہو سکتا ہے۔ "گرافین سے ایک سپر کنڈکٹنگ ٹرانجسٹر بنانے کا تصور کریں، جسے آپ سپر کنڈکٹنگ سے لے کر موصلیت تک آن اور آف کر سکتے ہیں۔ اس سے کوانٹم آلات کے لیے بہت سے امکانات کھلتے ہیں۔ "اس طرح کی جالی کے مطالعہ کو" ٹوسٹروونکس "کا نام دیا گیا ہے اور یہ گرافین کی پرتوں والی اسمبلیوں کے ابتدائی نظریاتی علاج سے متاثر تھا۔ فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز بلیئر گرافین کو چھوٹے توانائی کے فرق کا استحصال کرتے ہوئے فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز یا ٹنلنگ فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز کی تعمیر کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، توانائی کا فرق 250 میگاواٹ سے چھوٹا ہے اور اس لیے کم آپریٹنگ وولٹیج (<250 میگاواٹ) کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے، جو فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹر کے لیے معقول کارکردگی حاصل کرنے کے لیے بہت چھوٹا ہے، لیکن ٹنل فیلڈ ایفیکٹ ٹرانجسٹرز کے آپریشن کے لیے بہت موزوں ہے، جو 2009 میں ایک کاغذ کے نظریہ کے مطابق صرف 100 میگاواٹ کے آپریٹنگ وولٹیج کے ساتھ کام کر سکتا ہے۔ 2016 میں محققین نے ٹنل ٹرانجسٹرز (ٹی ٹی) کے آؤٹ پٹ وولٹیج کو بڑھانے کے لیے بائی لیئر گرافین کے استعمال کی تجویز پیش کی۔ وہ سلکان ٹرانجسٹرز (500 ایم وی) کے مقابلے میں کم آپریٹنگ وولٹیج رینج (150 ایم وی) پر کام کرتے ہیں۔ بلیئر گرافین کا توانائی بینڈ زیادہ تر سیمی کنڈکٹرز کے برعکس ہے جس میں کناروں کے ارد گرد الیکٹران ایک (اعلی کثافت) وین ہوو انفرادیت تشکیل دیتے ہیں۔ یہ توانائی کی رکاوٹ کے پار موجودہ بہاؤ کو بڑھانے کے لیے کافی الیکٹرانوں کی فراہمی کرتا ہے۔ بلیئر گرافین ٹرانجسٹرز "کیمیائی" ڈوپنگ کے بجائے "برقی" کا استعمال کرتے ہیں۔ الٹرا فاسٹ لتیم پھیلاؤ 2017 میں محققین کے ایک بین الاقوامی گروپ نے دکھایا کہ دو پرتوں والا گرافین ایک مرحلے والے مخلوط موصل کے طور پر کام کر سکتا ہے جس نے شدت کی ترتیب سے گریفائٹ کے مقابلے میں تیزی سے لی پھیلاؤ کا مظاہرہ کیا۔ گرافین شیٹس کے تیز الیکٹرانک ترسیل کے ساتھ مل کر، یہ نظام ایک ہی مرحلے کے ٹھوس مواد کے اندر آئنک اور الیکٹرانک چالکتا دونوں پیش کرتا ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں جیسے توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کے لیے اس کے اہم مضمرات ہیں۔ ایپیٹیکسیل بائی لیئر گرافین سے الٹرا ہارڈ کاربن نیو یارک کی سٹی یونیورسٹی کے محققین نے دکھایا ہے کہ سلکان کاربائڈ پر بائی لیئر گرافین کی چادریں جوہری قوت خوردبین کی نوک سے ٹکرانے پر عارضی طور پر ہیرے سے زیادہ سخت ہو جاتی ہیں۔ اسے گریفائٹ ہیرے کی منتقلی سے منسوب کیا گیا تھا، اور یہ طرز عمل دو پرتوں والے گرافین کے لیے منفرد معلوم ہوا۔ اس کا ذاتی کوچ میں استعمال ہو سکتا ہے۔ سوراخ دار نینو فلیکس ہائبرڈائزیشن کے عمل گرافین کی اندرونی خصوصیات کو تبدیل کرتے ہیں اور/یا ناقص انٹرفیس کو جنم دیتے ہیں۔ 2014 میں آسان، ٹیمپلیٹڈ، اتپریرک نمو کے ذریعے غیر اسٹیک شدہ گرافین حاصل کرنے کے لیے ایک عمومی راستے کا اعلان کیا گیا۔ نتیجے میں بننے والے مواد کا ایک مخصوص سطحی رقبہ 1628 m2 g-1 ہے، جو برقی طور پر موصل ہے اور اس کی ساخت میسوپورس ہے۔ یہ مواد میسوپورس نینو فلاک ٹیمپلیٹ سے بنایا گیا ہے۔ گرافین کی تہوں کو ٹیمپلیٹ پر جمع کیا جاتا ہے۔ کاربن ایٹم میسوپورس میں جمع ہوتے ہیں، جس سے پروٹوبرانس بنتے ہیں جو اسٹیکنگ کو روکنے کے لیے سپیسر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ پروٹوبرانس کثافت تقریبا ہے۔ گرافین فلیکس کے دونوں طرف جمع ہوتا ہے۔ سی وی ڈی کی ترکیب کے دوران پروٹوبرانس نینو فلیکس کو ہٹانے کے بعد اندرونی طور پر غیر اسٹیکڈ ڈبل پرت گرافین پیدا کرتے ہیں۔ سطح پر اس طرح کے پروٹوبرنسز کی موجودگی گرافین کی تہوں کے درمیان π-π تعاملات کو کمزور کر سکتی ہے اور اس طرح اسٹیکنگ کو کم کر سکتی ہے۔ دو پرتوں والا گرافین ایک مخصوص سطح کے رقبے کو ظاہر کرتا ہے، ایک سوراخ کا سائز 2 سے 7 این ایم تک اور سوراخ کا کل حجم. لتیم سلفر بیٹری کے لیے دو پرتوں والے گرافین کو کیتھوڈ مواد کے طور پر استعمال کرنے سے بالترتیب 5 اور 10 سینٹی گریڈ کے اخراج کی شرح پر 1034 اور 734 ایم اے ایچ/جی کی قابل واپسی صلاحیتیں حاصل ہوئیں۔ 1000 چکروں کے بعد کچھ 530 اور 380 ایم اے ایچ/جی کی ریورسیبل صلاحیتوں کو بالترتیب 96 اور 98 فیصد کولومبیک کارکردگی کے مستقل کے ساتھ 5 اور 10 سی پر برقرار رکھا گیا۔ 438 S/cm کی برقی چالکتا حاصل کی گئی۔ سلفر کی دراندازی کے بعد بھی، 107 S سینٹی میٹر/1 کی برقی چالکتا برقرار رکھی گئی۔ گرافین کے منفرد سوراخ دار ڈھانچے نے انٹر لیئر کی جگہ میں سلفر کے موثر ذخیرہ کرنے کی اجازت دی، جو سلفر اور گرافین کے درمیان ایک موثر تعلق کو جنم دیتا ہے اور الیکٹرولائٹ میں پولی سلفایڈ کے پھیلاؤ کو روکتا ہے۔ خصوصیت ہائپر سپیکٹرل گلوبل رمن امیجنگ مصنوعات کے معیار کو مقامی طور پر نمایاں کرنے کے لیے ایک درست اور تیز رفتار تکنیک ہے۔ کسی نظام کے کمپن کے طریقے اس کی خصوصیت رکھتے ہیں، جو اسٹوچیومیٹری، ساخت، مورفولوجی، تناؤ اور تہوں کی تعداد کے بارے میں معلومات فراہم کرتے ہیں۔ گرافین کی جی اور ڈی چوٹیوں (تقریبا 1580 اور 1360 سینٹی میٹر-1) کی شدت کی نگرانی نمونے کی تہوں کی تعداد کے بارے میں براہ راست معلومات فراہم کرتی ہے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ گرافین کی دو پرتیں اہم تناؤ یا ڈوپنگ کی عدم مطابقت کا مقابلہ کر سکتی ہیں جو بالآخر ان کے اخراج کا باعث بنتی ہیں۔ بائی لیئر گرافین کے ساختی پیرامیٹرز کا مقداری تعین-- جیسے کہ سطح کی کھردری، انٹر اور انٹرا لیئر اسپیکنگز، اسٹیکنگ آرڈر، اور انٹر لیئر موڑ-- 3 ڈی الیکٹران ڈفریکشن حوالہ جات کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ کاربن ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز گروپ IV سیمی کنڈکٹرز گرافین کے ایلوٹروپس