Silicon carbide color centers
سلیکن کاربائڈ رنگ کے مراکز سلکان کاربائڈ کے کرسٹل جالی میں پوائنٹ نقائص ہیں، جنہیں رنگ کے مراکز کے نام سے جانا جاتا ہے۔ ان رنگین مراکز کے متعدد استعمال ہیں، جن میں سے کچھ فوٹوونکس، سیمی کنڈکٹرز، اور کوانٹم ایپلی کیشنز جیسے میٹرولوجی اور کوانٹم کمیونیکیشن میں ہیں۔ مواد میں نقائص کے بہت سے استعمال ہوتے ہیں، لیکن سلکان کاربائڈ میں نقائص، یا رنگ کے مراکز اہم ہونے کی وجہ ان رنگ کے مراکز کی بہت سی اہم خصوصیات ہیں۔ ایک مواد کے طور پر سلیکن کاربائڈ میں دوسرے درجے کی غیر لکیری کے ساتھ ساتھ نظری شفافیت اور کم دو فوٹون جذب ہوتا ہے۔ یہ سلکان کاربائڈ کو بہت سی چیزوں کے لیے ایک متبادل پلیٹ فارم بننے کے لیے قابل عمل بناتا ہے، بشمول نینو فیبریکیشن، انٹیگریٹڈ کوانٹم فوٹوونکس، اور بڑے پیمانے کے ویفرز میں کوانٹم سسٹم تک محدود نہیں۔ سلکان کاربائڈ رنگ مراکز بنانے کے لیے بنیادی طور پر تین طریقے ہیں۔ تین طریقے الیکٹرانک ریڈی ایشن، آئن انجیکشن، اور فیمٹو سیکنڈ لیزر رائٹنگ ہیں۔ الیکٹرانک تابکاری یہ تکنیک مواد کو ایک الیکٹران بیم سے بے نقاب کرکے کام کرتی ہے جو انتہائی آئنائزنگ ہے۔ یہ مادے میں ہی الیکٹرانوں کو دستک دیتا ہے، جو رنگ کے مراکز (یا نقائص) پیدا کرتا ہے۔ تاہم، اس عمل کے لیے بڑی مقدار میں توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں 9MeV عام طور پر زیادہ تر مواد میں توانائی کی نچلی حد ہوتی ہے۔ آئن انجکشن آئن انجکشن عام طور پر ڈوپ سیمی کنڈکٹرز کے لیے استعمال ہوتا ہے، لیکن اسے رنگین مراکز بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ آئن کو پہلے ایک مخصوص توانائی میں تیز کیا جاتا ہے، عام طور پر ایم ای وی رینج میں۔ اس کے بعد اس آئن کو مواد میں تیز کیا جاتا ہے، جو اس کے بعد آئن کو مواد میں لگا دیتا ہے، مادی ساخت کو تبدیل کرتا ہے، جو رنگ کا مرکز بنا سکتا ہے۔ فیمٹو سیکنڈ لیزر رائٹنگ غیر لکیری لیزر رائٹنگ کے عمل کو استعمال کرتے ہوئے، مناسب انحراف کی اصلاح کے ساتھ، کرسٹل میں کسی بھی گہرائی میں نقائص پیدا کیے جا سکتے ہیں۔ یہ عمل اسپن اور نظری ہم آہنگی کی خصوصیات کو محفوظ رکھتا ہے۔ جس طرح سے یہ کام کرتا ہے وہ فیمٹو سیکنڈ لیزر کے عمل سے ملٹی فوٹون آئنائزیشن سے ہے۔ نقائص بنانے کا یہ طریقہ نہ صرف سلکان کاربائڈ کے لیے کام کرتا ہے بلکہ دوسرے مواد کے لیے بھی کام کر سکتا ہے۔ نقائص کے لیے من گھڑت سازی کی دیگر اقسام نیوٹرون تابکاری، پروٹون تابکاری، اور مرکوز سی بیم ہیں۔ فی الحال، استعمال شدہ توانائی، یا عمل کی پیچیدگی کو کم کرنے کے لیے من گھڑت نئے طریقوں کا بھی تجربہ کیا جا رہا ہے۔ نئے طریقوں میں سے ایک نینو سیکنڈ لیزر کے ساتھ لیزر لکھنے کے طریقہ کار کو استعمال کرنے کا ایک نیا طریقہ ہے۔ نقائص کی اقسام سلکان کاربائڈ میں متعدد قسم کے نقائص ہوتے ہیں، جن میں سے کچھ ذیل میں درج ہیں: وی ایس آئی (-) (ٹی وی 1-ٹی وی 3) وی ایس آئی وی سی (0) ڈی وی (0) کیو 5 سی اے وی (کاربن اینٹی سائٹ ویکینسی جوڑی) سی آئی سی (ڈی 1) این سی وی سی (-) ٹرانزیشن میٹل کلر سینٹرز: ٹی آئی (0) سی آر 3 + وی (-)، وی (0) ایم او (0) ایر 3 + مطالعات ٹی وی 1 پر کیوبیٹ کے طور پر کیے گئے ہیں، جو ٹی وی 2 کے مقابلے میں بہتر اسپن فوٹو انٹرفیس فراہم کرتے ہیں۔ تاہم حال ہی میں کیوبیٹ کے طور پر وی ایس آئی (-) کے کردار کی مکمل نشاندہی کی گئی ہے۔ ایپلی کیشنز فوٹوونکس حال ہی میں، سلکان کاربائڈ میں ان رنگین مراکز نے غیر کلاسیکی روشنی کے ذرائع کے لیے بہترین سنگل فوٹون اخراج کنندگان میں سے ایک بننے کا وعدہ ظاہر کیا ہے۔ روایتی طور پر، تخفیف شدہ لیزر سنگل فوٹون ذرائع کا متبادل رہے ہیں۔ یہ کوانٹم کرپٹوگرافی کے لیے کام کرتا ہے، لیکن وہ ایک جزوی متبادل ہیں، اور آخر میں یہ سنگل فوٹون ذرائع کا متبادل نہیں تھا کیونکہ وہ سنگل فوٹون پیدا نہیں کرتے ہیں۔ عام طور پر، واحد فوٹون پیدا کرنے کے دو اہم طریقے ہیں: بے ساختہ پیرامیٹرک ڈاؤن کنورژن اور ایپیٹیکسیل کوانٹم ڈاٹس۔ بے ساختہ پیرامیٹرک ڈاؤن کنورژن میں، سنگل فوٹون 106 فوٹون فی سیکنڈ کی شرح سے تیار کیے جا سکتے ہیں۔ اس نقطہ نظر کی خرابی یہ ہے کہ مانگ پر واحد فوٹون پیدا کرنے کا کوئی طریقہ نہیں ہے۔ اس سے اس قسم کی نسل کو عملی طور پر استعمال کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ جب برقی پمپنگ کے تحت رکھا جاتا ہے تو ایپیٹیکسیل کوانٹم ڈاٹس کو غیر معمولی طور پر سنگل فوٹون پیدا کرنے کے لیے دکھایا جاتا ہے۔ تاہم یہ بہت کم درجہ حرارت کے تحت کام کرتا ہے، جس کی وجہ سے ان ایپلی کیشنز کو تجربات میں عملی طور پر کرنا بھی مشکل ہو جاتا ہے۔ سلکان کاربائڈ، ہیروں اور دیگر متعلقہ مواد میں رنگین مراکز زیادہ روایتی طریقوں سے زیادہ عملی ہوں گے کیونکہ زیادہ درجہ حرارت کی وجہ سے وہ آپٹیکل اور الیکٹریکل پمپنگ کے تحت کام کر سکتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر سلیکن کاربائڈ فی الحال سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں پہلے ہی استعمال کیا جا رہا ہے، اس حقیقت کی وجہ سے کہ اس کا تعلق مواد کے ایک خاندان سے ہے جسے تکمیلی دھات-آکسائڈ-سیمی کنڈکٹر ہم آہنگ مواد کہا جاتا ہے، نیز اعلی معیار کے سنگل کرسٹل ویفرز کی تیاری میں اس کی وشوسنییتا۔ چونکہ سیمی کنڈکٹرز میں تعریف کے مطابق پہلے سے ہی پوائنٹ نقائص ہوتے ہیں، کچھ کو سنگل فوٹون ذرائع جیسے مقاصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سلکان کاربائڈ رنگ مراکز کی کوانٹم خصوصیات جب واحد عیب کی سطح پر مطالعہ کیا جائے تو واحد اخراج کاروں کو الگ کیا جا سکتا ہے۔ اس کے نتیجے میں، کوانٹم کرپٹوگرافی پروٹوکول میں ایپلی کیشنز کے لیے سلکان کاربائڈ رنگین مراکز کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کی ایک مثال 2014 میں ہیروں میں نائٹروجن-ویکینسی مراکز پر ایک مطالعہ تھا، جو سلکان کاربائڈ میں رنگین مراکز سے ملتا جلتا ہے، جس نے نئے نتائج دکھائے کہ ہیروں میں، نائٹروجن-ویکینسی رنگ کے مراکز تھے، جو کہ فلوروسینٹ نجاست بھی ہیں جن کی بہت سی ایپلی کیشنز ہیں الیکٹران اسپن اسٹیٹ اور سنگل فوٹون کوانٹم اسٹیٹ کے درمیان کوانٹم الجھاؤ اس وقت ہوتا ہے جب دو شرائط پوری ہو جاتی ہیں: ایک واحد فوٹون کی کوانٹم حالت کو سلکان کاربائڈ رنگ کے مراکز کی الیکٹران اسپن حالت سے منسلک کیا جا سکتا ہے۔ یہ ارتباط رنگین مراکز میں قریبی جوہری اسپن میں ذخیرہ کرنے کے قابل ہے۔ یہ کوانٹم الجھاؤ کوانٹم نیٹ ورک کی تخلیق کی اجازت دیتا ہے، جو کوانٹم مواصلات، کوانٹم میموری اور میٹرولوجی کی طرف جاتا ہے۔ کوانٹم سینسنگ جب رنگ کے مراکز کو پہلی بار ایک پرجوش حالت میں لایا جاتا ہے، تو ایک فوٹون کو کشیدہ حالت سے زمینی حالتوں میں خارج کیا جا سکتا ہے۔ یہ فوٹون پھر جامد اور متغیر مقناطیسی شعبوں کے دیگر ذرائع کے ساتھ تعامل کر سکتا ہے۔ اس کے نتیجے میں، گردش کی منتقلی کی تعدد اور ہم آہنگی کا وقت تبدیل ہو جاتا ہے، جس کے بعد یہ اثر کوانٹم سینسنگ میں استعمال ہوتا ہے۔ ہیرے کے رنگ کے مراکز سے موازنہ زیادہ تر رنگین مرکز کی تحقیق اصل میں سلکان کاربائڈ کے بجائے ہیرے کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی تھی۔ موازنہ کے لیے، ہیرے میں نائٹروجن-ویکینسی کی کوانٹم خصوصیات سلکان کاربائڈ میں ڈیوکینسی سے ملتی جلتی ہیں۔ ہیرے کی خالی جگہ میں ممکنہ طور پر سلکان کاربائڈ کے مقابلے میں بہتر کوانٹم خصوصیات ہیں، لیکن سلکان کاربائڈ اور اس کے رنگین مراکز کا ایک بڑا فائدہ ہیرے کے مقابلے میں توسیع پذیری اور تیاری میں زیادہ آسانی ہے۔ مزید برآں، سلکان کاربائڈ پیداوار میں پیچیدگیوں کا شکار نہیں ہوتا ہے جیسے کہ تابکاری کے دوران گرافائٹائزیشن جو ہیرے کے رنگ کے مرکز کی تیاری کے دوران ممکن ہے۔ حوالہ جات ویکیپیڈیا اسٹوڈنٹ پروگرام کرسٹلگرافک نقائص