Plasmonic metamaterial
پلازمونک میٹامیٹریئل ایک میٹامیٹریئل ہے جو سطح کے پلازمونز کا استعمال کرتا ہے تاکہ آپٹیکل خصوصیات حاصل کی جا سکیں جو فطرت میں نہیں دیکھی گئیں۔ پلازمن دھات-ڈائی الیکٹرک مواد کے ساتھ روشنی کے تعامل سے پیدا ہوتے ہیں۔ مخصوص حالات میں، واقعہ سطح کے پلازمون کے ساتھ ہلکے جوڑے خود کو برقرار رکھنے کے لیے برقی مقناطیسی لہریں پھیلاتے ہیں جنہیں سطح پلازمون پولرائٹن (ایس پی پیز) کہا جاتا ہے۔ ایک بار لانچ ہونے کے بعد، ایس پی پیز دھاتی ڈائی الیکٹرک انٹرفیس کے ساتھ ساتھ لہراتے ہیں۔ واقعے کی روشنی کے مقابلے میں، ایس پی پیز طول موج میں بہت چھوٹے ہو سکتے ہیں۔ یہ خصوصیات دھاتی ڈائی الیکٹرک مرکبات کی منفرد ساخت سے پیدا ہوتی ہیں، جن کی خصوصیات روشنی کی طول موج سے چھوٹی ہوتی ہیں جو ذیلی طول موج کے فاصلے سے الگ ہوتی ہیں۔ اس طرح کے میٹا میٹریل سے ٹکرانے والی روشنی سطح کے پلازمون پولرائٹن میں تبدیل ہو جاتی ہے، جو واقع روشنی سے طول موج میں چھوٹی ہوتی ہے۔ پلازمونک مواد دھاتیں یا دھات نما مواد ہوتے ہیں جو منفی حقیقی اجازت کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ سب سے زیادہ عام پلازمونک مواد سونا اور چاندی ہیں۔ تاہم، بہت سے دوسرے مواد مخصوص طول موج کی حدود میں دھات جیسی نظری خصوصیات کو ظاہر کرتے ہیں۔ مختلف تحقیقی گروپ پلازمونک مواد بنانے کے لیے مختلف طریقوں کے ساتھ تجربہ کر رہے ہیں جو کم نقصانات اور ٹیون ایبل آپٹیکل خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ نیگیٹیو انڈیکس پلازمونک میٹامٹریئلز وہ مواد ہیں جو سب سے پہلے 1967 میں روسی نظریاتی طبیعیات دان وکٹر ویسلاگو نے تجویز کیے تھے۔ بائیں ہاتھ یا منفی اشاریہ مواد کے طور پر بھی جانا جاتا ہے، ویسلاگو نے نظریہ پیش کیا کہ وہ شیشے یا ہوا کے برعکس نظری خصوصیات کی نمائش کریں گے۔ منفی اشاریہ مواد میں توانائی کو لہر کے محاذوں کے پھیلاؤ کے برعکس سمت میں منتقل کیا جاتا ہے، بجائے اس کے کہ ان کے متوازی ہو، جیسا کہ مثبت اشاریہ مواد میں ہوتا ہے۔ عام طور پر، پانی میں ہوا سے سفر کرنے والی روشنی نارمل (سطح پر عمودی سطح) سے گزر کر پانی میں داخل ہونے پر جھکی ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، ہوا کے ذریعے منفی اشاریہ مواد تک پہنچنے والی روشنی معمول سے تجاوز نہیں کرے گی۔ بلکہ یہ مخالف سمت میں جھکے گا۔ منفی اضطراب سب سے پہلے مائکروویو اور اورکت تعدد کے لیے رپورٹ کیا گیا تھا۔ آپٹیکل رینج میں ایک منفی ریفریکٹیو انڈیکس کا پہلی بار 2005 میں شیلیو اور دیگر نے مظاہرہ کیا تھا۔ (ٹیلی کام طول موج λ = 1.5 مائیکرو میٹر پر) اور بروک اور دیگر کے ذریعہ۔ (λ = 2 μm پر) تقریبا ایک ہی وقت میں۔ 2007 میں، کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی، اور این آئی ایس ٹی کے درمیان تعاون نے تنگ بینڈ، دو جہتوں میں نظر آنے والی روشنی کے منفی اضطراب کی اطلاع دی۔ اس ردعمل کو پیدا کرنے کے لیے، عام طور پر دھاتوں کی سطح پر لہردار، گیس جیسے چارجز (پلازمون) کے ساتھ ہلکے جوڑے لگائیں۔ یہ فوٹون-پلازمون تعامل ایس پی پیز کے نتیجے میں ہوتا ہے جو شدید، مقامی نظری میدان پیدا کرتے ہیں۔ لہریں دھات اور موصلیت کے درمیان انٹرفیس تک محدود ہوتی ہیں۔ یہ تنگ چینل ایک تبدیلی کے رہنما کے طور پر کام کرتا ہے جو درحقیقت آنے والی روشنی کی طول موج کو اس کی اصل قدر کے ایک حصے تک پھنساتا اور دبا دیتا ہے۔ میٹا میٹریلز کو شامل کرنے والے نینو مکینیکل نظام منفی تابکاری کے دباؤ کو ظاہر کرتے ہیں۔ روایتی مواد پر گرنے والی روشنی، اضطراب کے مثبت اشاریہ کے ساتھ، مثبت دباؤ ڈالتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ یہ کسی شے کو روشنی کے منبع سے دور دھکیل سکتی ہے۔ اس کے برعکس، منفی اشاریہ میٹا میٹریلز کو روشن کرنے سے ایک منفی دباؤ پیدا ہونا چاہیے جو کسی شے کو روشنی کی طرف کھینچتا ہے۔ تین جہتی منفی اشاریہ کمپیوٹر کے تخروپن تین جہتوں میں منفی اشاریہ کے ساتھ پلازمونک میٹامٹریئلز کی پیش گوئی کرتے ہیں۔ ممکنہ من گھڑت طریقوں میں ملٹی لیئر پتلی فلم جمع کرنا، فوکسڈ آئن بیم ملنگ اور سیلف اسمبلی شامل ہیں۔ گریڈینٹ انڈیکس پی ایم ایم کو گریڈینٹ انڈیکس کے ساتھ بنایا جا سکتا ہے (ایک ایسا مواد جس کا ریفریکٹیو انڈیکس مواد کی لمبائی یا رقبے میں بتدریج مختلف ہوتا ہے)۔ ایسے ہی ایک مواد میں الیکٹران بیم لیتھوگرافی کے ذریعے سونے کی سطح پر تھرمو پلاسٹک، جسے پی ایم ایم اے کہا جاتا ہے، جمع کرنا شامل تھا۔ ہائپربولک ہائپربولک میٹامٹریئلز ایک دھات کی طرح برتاؤ کرتے ہیں جب روشنی ایک سمت میں اس سے گزرتی ہے اور جب روشنی عمودی سمت میں گزرتی ہے تو ڈائی الیکٹرک کی طرح، جسے انتہائی انیسوٹروپی کہا جاتا ہے۔ مواد کا منتشر تعلق ایک ہائپربولائڈ بناتا ہے۔ متعلقہ طول موج اصولی طور پر لامحدود حد تک چھوٹی ہو سکتی ہے۔ حال ہی میں، نظر آنے والے علاقے میں ہائپربولک میٹا سرفیس کا مظاہرہ لیتھوگرافک تکنیک کے ذریعے سلور یا گولڈ نینو اسٹرکچر کے ساتھ کیا گیا ہے۔ رپورٹ شدہ ہائپربولک آلات نے سینسنگ اور امیجنگ کے لیے متعدد افعال دکھائے، مثال کے طور پر، تفریق سے پاک، منفی اضطراب اور بہتر پلازمون گونج کے اثرات، جو ان کی منفرد نظری خصوصیات سے فعال ہیں۔ یہ مخصوص خصوصیات کوانٹم انفارمیشن ایپلی کیشنز کے لیے انٹیگریٹڈ آپٹیکل میٹا سرکٹس بنانے کے لیے بھی انتہائی ضروری ہیں۔ آئسوٹروپی پیدا ہونے والے پہلے میٹامٹریئلز پلازمون پر اپنے اثرات میں انیسوٹروپی کی نمائش کرتے ہیں۔ یعنی وہ صرف ایک سمت میں کام کرتے ہیں۔ حال ہی میں، محققین نے اسپلٹ رنگ ریزونیٹرز کی تین جہتی صف بنانے کے لیے ایک نئی سیلف فولڈنگ تکنیک کا استعمال کیا جو 40 ڈگری کے واقعے کے زاویے تک کسی بھی سمت میں گھومنے پر آئسوٹروپی کو ظاہر کرتی ہے۔ پولیمر/سلکان سبسٹریٹ پر جمع نکل اور سونے کی پٹیوں کو ہوا میں بے نقاب کرنے سے مکینیکل تناؤ کو پٹیوں کو بجتوں میں گھمانے کا موقع ملتا ہے، جس سے گونجنے والے بنتے ہیں۔ ایک دوسرے کے مختلف زاویوں پر سٹرپس کو ترتیب دے کر، 4 گنا سمیٹری حاصل کی گئی، جس نے ریزونیٹرز کو متعدد سمتوں میں اثرات پیدا کرنے کی اجازت دی۔ مواد سلیکن سینڈوچ نظر آنے والی روشنی کے لیے منفی اضطراب سب سے پہلے پتلی تہوں کے ساتھ سینڈوچ جیسی تعمیر میں تیار کیا گیا تھا۔ سلکان نائٹرائڈ کی ایک موصلیت شیٹ چاندی کی ایک فلم سے ڈھکی ہوئی تھی اور اس کے نیچے سونے کی دوسری فلم تھی۔ اہم جہت تہوں کی موٹائی ہے، جس کا خلاصہ نیلی اور سبز روشنی کی طول موج کے ایک حصے تک ہوتا ہے۔ اس میٹا میٹریل کو آئی سی چپ پر مربوط آپٹکس میں شامل کرکے، نیلی اور سبز تعدد پر منفی اضطراب کا مظاہرہ کیا گیا۔ اجتماعی نتیجہ روشنی کے لیے نسبتا اہم ردعمل ہے۔ گرافین گرافین سطح کے پلازمون کو بھی ایڈجسٹ کرتا ہے، جو قریب فیلڈ انفراریڈ آپٹیکل مائکروسکوپی تکنیک اور انفراریڈ سپیکٹروسکوپی کے ذریعے مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ گرافین پلازمونکس کی ممکنہ ایپلی کیشنز میں آپٹیکل ماڈیولٹرز، فوٹو ڈیٹیکٹرز اور بائیوسینسرز جیسے آلات میں ٹیرا ہرٹز سے لے کر مڈ انفراریڈ فریکوئنسیز شامل ہیں۔ سپرلیٹس ٹائٹینیم نائٹرائڈ (دھات) اور ایلومینیم اسکینڈیم نائٹرائڈ (ڈائی الیکٹرک) سے بنے ایک ہائپربولک میٹامٹریئل میں ہم آہنگ کرسٹل ڈھانچے ہوتے ہیں اور یہ ایک سپرلیٹس، ایک کرسٹل تشکیل دے سکتا ہے جو دو (یا زیادہ) مواد کو یکجا کرتا ہے۔ یہ مواد موجودہ سی ایم او ایس ٹیکنالوجی (روایتی سونے اور چاندی کے برعکس) کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، میکانکی طور پر مضبوط اور زیادہ درجہ حرارت پر تھرمل طور پر مستحکم ہے۔ مواد آؤ یا اے جی کے مقابلے میں حالتوں کی زیادہ فوٹوونک کثافت ظاہر کرتا ہے۔ مواد ایک موثر روشنی جذب کرنے والا ہے۔ یہ مواد ویکیوم چیمبر کے اندر ایپیٹیکس کا استعمال کرتے ہوئے بنایا گیا تھا جس میں ایک تکنیک تھی جسے میگنیٹرون سپٹرنگ کہا جاتا ہے۔ مواد میں تیز انٹرفیس کے ساتھ انتہائی پتلی اور انتہائی ہموار پرتیں شامل تھیں۔ ممکنہ ایپلی کیشنز میں ایک "پلانر ہائپر لینس" شامل ہے جو نظری خوردبین کو ڈی این اے جیسی چھوٹی اشیاء کو دیکھنے کے قابل بنا سکتا ہے، جدید سینسر، زیادہ موثر شمسی جمع کرنے والے، نینو ریزونیٹر، کوانٹم کمپیوٹنگ اور ڈفریکشن فری فوکسنگ اور امیجنگ۔ یہ مواد قریب اورکت سے لے کر مرئی روشنی تک وسیع پیمانے پر کام کرتا ہے۔ قریب انفراریڈ ٹیلی مواصلات اور نظری مواصلات کے لیے ضروری ہے، اور مرئی روشنی سینسرز، خوردبین اور موثر ٹھوس ریاست روشنی کے ذرائع کے لیے اہم ہے۔ ایپلی کیشنز مائکروسکوپی ایک ممکنہ ایپلی کیشن مائکروسکوپی ہے جو تفریق کی حد سے باہر ہے۔ گریڈینٹ انڈیکس پلازمونکس کا استعمال لونیبرگ اور ایٹن لینس تیار کرنے کے لیے کیا گیا جو فوٹون کے بجائے سطح کے پلازمون پولرائٹن کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ ایک تھیوریائزڈ سپر لینس تفریق کی حد سے تجاوز کر سکتا ہے جو معیاری (مثبت-انڈیکس) لینس کو نظر آنے والی روشنی کی طول موج کے نصف سے چھوٹی اشیاء کو حل کرنے سے روکتا ہے۔ اس طرح کے سپر لینس مقامی معلومات حاصل کریں گے جو روایتی نظری خوردبین کے نقطہ نظر سے باہر ہے۔ اس طرح کے خوردبین کی تعمیر کے لیے کئی طریقے تجویز کیے گئے ہیں۔ سب ویو لینتھ ڈومین آپٹیکل سوئچ، ماڈیولٹر، فوٹو ڈیٹیکٹر اور ڈائرکشنل لائٹ ایمیٹر ہو سکتے ہیں۔ حیاتیاتی اور کیمیائی سینسنگ زیر جائزہ دیگر پروف آف کانسیپٹ ایپلی کیشنز میں اعلی حساسیت حیاتیاتی اور کیمیائی سینسنگ شامل ہے۔ وہ آپٹیکل سینسرز کی ترقی کو قابل بناسکتے ہیں جو ایک مخصوص قسم کے فیبری-پیروٹ نینو-ریزونیٹر کے اندر سطح کے پلازمونز کی قید کا استحصال کرتے ہیں۔ یہ موزوں قید آپٹیکل ریزونیٹر موڈ اور ریزونیٹر کیوٹی سائیڈ والز سے منسلک اینالیٹ لگینڈز کے درمیان مقامی اوورلیپ کا استعمال کرتے ہوئے ہدف کیمیائی یا حیاتیاتی تجزیہ کاروں کے مخصوص پابندیوں کا موثر پتہ لگانے کی اجازت دیتی ہے۔ ڈھانچے کو محدود فرق ٹائم ڈومین برقی مقناطیسی تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے بہتر بنایا جاتا ہے، الیکٹران بیم لیتھوگرافی اور الیکٹروپلٹنگ کے امتزاج کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جاتا ہے، اور قریب فیلڈ اور دور فیلڈ آپٹیکل مائکروسکوپی اور سپیکٹروسکوپی دونوں کا استعمال کرتے ہوئے جانچ کی جاتی ہے۔ آپٹیکل کمپیوٹنگ الیکٹرانک سگنلز کو لائٹ پروسیسنگ ڈیوائسز سے بدل دیتی ہے۔ 2014 میں محققین نے 200 نینو میٹر، ٹیرا ہرٹز سپیڈ آپٹیکل سوئچ کا اعلان کیا۔ یہ سوئچ ونیڈیم ڈائی آکسائیڈ () کے نینو اسکیل ذرات پر مشتمل ایک میٹا میٹریل سے بنا ہے، ایک کرسٹل جو ایک غیر شفاف، دھاتی مرحلے اور ایک شفاف، سیمی کنڈکٹنگ مرحلے کے درمیان تبدیل ہوتا ہے۔ نینو پارٹیکلز شیشے کے سبسٹریٹ پر جمع ہوتے ہیں اور اس سے بھی چھوٹے سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے اوور لین ہوتے ہیں جو پلازمونک فوٹو کیتھوڈ کے طور پر کام کرتے ہیں۔ فیمٹوسیکنڈ لیزر پلس سونے کے ذرات میں الیکٹرانوں کو آزاد کرتے ہیں جو اس میں چھلانگ لگاتے ہیں اور سبپیکوسیکنڈ مرحلے میں تبدیلی کا سبب بنتے ہیں۔ یہ آلہ موجودہ انٹیگریٹڈ سرکٹ ٹیکنالوجی، سلکان پر مبنی چپس اور ہائی-کے ڈائی الیکٹرک مواد کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے۔ یہ سپیکٹرم کے مرئی اور قریب اورکت علاقے میں کام کرتا ہے۔ یہ صرف 100 فیمٹوجولز/بٹ/آپریشن پیدا کرتا ہے، جس سے سوئچز کو مضبوطی سے پیک کیا جا سکتا ہے۔ فوٹو وولٹک گولڈ گروپ دھاتیں (اے یو، اے جی اور سی یو) فوٹو وولٹک اور شمسی خلیوں میں براہ راست فعال مواد کے طور پر استعمال ہوتی رہی ہیں۔ مواد بیک وقت الیکٹران اور ہول ڈونر کے طور پر کام کرتے ہیں، اور اس طرح فوٹو وولٹک سیل بنانے کے لیے الیکٹران اور ہول ٹرانسپورٹ تہوں کے درمیان سینڈوچ کیا جا سکتا ہے۔ فی الحال یہ فوٹو وولٹک خلیات انٹرنیٹ آف تھنگز (آئی او ٹی) پلیٹ فارم کے لیے سمارٹ سینسرز کو طاقت دینے کی اجازت دیتے ہیں۔ مزید دیکھیں میٹا میٹریل کی تاریخ میٹا میٹریل جذب کنندہ میٹا میٹریل اینٹینا میٹا میٹریل کلوکنگ غیر لکیری میٹا میٹریلز فوٹوونک کرسٹل اسپوف سطح پلازمون ٹیرا ہرٹز میٹا میٹریلز ٹیون ایبل میٹا میٹریلز ٹرانسفارمیشن آپٹکس تھیوریز آف کلوکنگ حوالہ جات مزید پڑھنے تھیو مرفی میٹنگ ایشو ولیم ایل بارنس کے زیر اہتمام اور ترمیم کیا گیا۔ بیرونی روابط پلازمونک میٹامٹریئلز-خوردبین سے لے کر پوشیدہ پوشاکوں تک۔ 21 جنوری، 2011۔ PhysOrg.com۔ میٹامٹریئلز نینو ٹیکنالوجی پلازمونکس