Scientists Trap Krypton Atoms To Form One-dimensional Gas

افلاطون کے ذریعہ دوبارہ شائع کیا گیا۔

فالونگ: 0

سائنسدان ایک جہتی گیس بنانے کے لیے کرپٹن ایٹموں کو پھنساتے ہیں۔

بذریعہ اسٹاف رائٹرز برائے ناٹنگھم نیوز

نوٹنگھم یوکے (SPX) جنوری 24، 2024

پہلی بار، سائنسدانوں نے ایک جہتی گیس بنانے کے لیے ایک کاربن نانوٹوب کے اندر کرپٹن (Kr)، ایک نوبل گیس کے ایٹموں کو کامیابی سے پھنسایا ہے۔

یونیورسٹی آف ناٹنگھم کے سکول آف کیمسٹری کے سائنس دانوں نے اس لمحے کو پکڑنے کے لیے جدید ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی (TEM) کے طریقوں کا استعمال کیا جب Kr ایٹم ایک ایک کر کے ایک "نینو ٹیسٹ ٹیوب" کنٹینر کے اندر ایک دوسرے کے ساتھ مل گئے جس کا قطر چوڑائی سے نصف ملین گنا چھوٹا تھا۔ ایک انسانی بال کی. یہ تحقیق امریکن کیمیکل سوسائٹی کے جریدے میں شائع ہوئی ہے۔

ایٹموں کے رویے کا سائنس دانوں نے مطالعہ کیا ہے جب سے یہ قیاس کیا گیا تھا کہ وہ کائنات کی بنیادی اکائیاں ہیں۔ ایٹموں کی حرکت کا بنیادی مظاہر جیسے درجہ حرارت، دباؤ، سیال بہاؤ اور کیمیائی رد عمل پر اہم اثر پڑتا ہے۔ روایتی سپیکٹروسکوپی کے طریقے ایٹموں کے بڑے گروپوں کی نقل و حرکت کا تجزیہ کر سکتے ہیں اور پھر ایٹمک پیمانے پر مظاہر کی وضاحت کے لیے اوسط ڈیٹا کا استعمال کر سکتے ہیں۔ تاہم، یہ طریقے یہ نہیں دکھاتے ہیں کہ انفرادی ایٹم وقت کے ایک خاص مقام پر کیا کر رہے ہیں۔

محققین کو جو چیلنج درپیش ہے جب امیجنگ ایٹموں کا سامنا کرنا پڑتا ہے وہ یہ ہے کہ وہ بہت چھوٹے ہوتے ہیں، 0.1 - 0.4 نینو میٹر کے درمیان ہوتے ہیں، اور وہ آواز کی رفتار کے پیمانے پر، گیس کے مرحلے میں تقریباً 400 m/s کی بہت زیادہ رفتار سے حرکت کر سکتے ہیں۔ یہ عمل میں ایٹموں کی براہ راست امیجنگ کو بہت مشکل بناتا ہے، اور حقیقی وقت میں ایٹموں کی مسلسل بصری نمائندگی کی تخلیق سب سے اہم سائنسی چیلنجوں میں سے ایک ہے۔

پروفیسر آندرے خلوبیسٹو، سکول آف کیمسٹری، یونیورسٹی آف ناٹنگھم نے کہا: "کاربن نانوٹوبس ہمیں ایٹموں کو پھنسانے اور صحیح وقت میں واحد ایٹم کی سطح پر ان کا مطالعہ کرنے کے قابل بناتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ہم نے اس تحقیق میں نوبل گیس کرپٹن (Kr) ایٹموں کو کامیابی سے پھنسایا۔ چونکہ Kr کا جوہری نمبر زیادہ ہے، اس لیے ہلکے عناصر کے مقابلے TEM میں مشاہدہ کرنا آسان ہے۔ اس نے ہمیں Kr ایٹموں کی پوزیشن کو حرکت پذیر نقطوں کے طور پر ٹریک کرنے کی اجازت دی۔

الیکٹران مائیکروسکوپی آف میٹریلز سائنس گروپ کے سابق سربراہ، اولم یونیورسٹی کے سینئر پروفیسر پروفیسر Ute Kaiser نے مزید کہا: "ہم نے اپنا جدید ترین SALVE TEM استعمال کیا، جو رنگین اور کروی خرابیوں کو درست کرتا ہے، عمل کا مشاہدہ کرنے کے لیے۔ کرپٹن ایٹموں کا ایک ساتھ مل کر Kr2 جوڑا بنتا ہے۔ یہ جوڑے وین ڈیر والز کے تعامل کے ذریعہ ایک ساتھ رکھے گئے ہیں، جو ایک پراسرار قوت ہے جو مالیکیولز اور ایٹموں کی دنیا پر حکومت کرتی ہے۔ یہ ایک دلچسپ اختراع ہے، کیونکہ یہ ہمیں حقیقی خلا میں دو ایٹموں کے درمیان وین ڈیر والز کا فاصلہ دیکھنے کی اجازت دیتی ہے۔ یہ کیمسٹری اور فزکس کے میدان میں ایک اہم پیشرفت ہے جو ہمیں ایٹموں اور مالیکیولز کے کام کو بہتر طور پر سمجھنے میں مدد دے سکتی ہے۔

محققین نے بک منسٹر فلرینز کا استعمال کیا، جو کہ فٹ بال کی شکل کے مالیکیولز ہیں جو کہ 60 کاربن ایٹموں پر مشتمل ہیں، انفرادی Kr ایٹموں کو نینو ٹیسٹ ٹیوب میں منتقل کرنے کے لیے۔ نیسٹڈ کاربن نانوٹوبس بنانے کے لیے بکمنسٹرفولیرین مالیکیولز کے اتحاد نے تجربات کی درستگی کو بہتر بنانے میں مدد کی۔ یونیورسٹی آف ناٹنگھم میں پی ایچ ڈی کے طالب علم ایان کارڈیلو-زیلو، جو ان مواد کی تیاری اور تجزیہ کے ذمہ دار تھے، کہتے ہیں: "کرپٹن ایٹموں کو کاربن کیجز کو فیوز کرکے فلرین گہاوں سے خارج کیا جا سکتا ہے۔ یہ 1200oC پر گرم کرکے یا الیکٹران بیم سے شعاع ریزی کرکے حاصل کیا جاسکتا ہے۔ Kr ایٹموں کے درمیان انٹراٹومک بانڈنگ اور ان کے متحرک گیس نما رویے دونوں کا ایک ہی TEM تجربے میں مطالعہ کیا جا سکتا ہے۔

یہ گروپ براہ راست ایک جہتی گیس بنانے کے لیے Kr ایٹموں کو فلرین کیجز سے باہر نکلنے کا مشاہدہ کرنے میں کامیاب رہا ہے۔ ایک بار اپنے کیریئر مالیکیولز سے آزاد ہونے کے بعد، Kr ایٹم انتہائی تنگ جگہ کی وجہ سے نانوٹوب چینل کے ساتھ صرف ایک جہت میں حرکت کر سکتے ہیں۔ محدود Kr ایٹموں کی قطار میں موجود ایٹم ایک دوسرے سے نہیں گزر سکتے اور ٹریفک کی بھیڑ میں گاڑیوں کی طرح سست ہونے پر مجبور ہیں۔ ٹیم نے اس اہم مرحلے پر قبضہ کیا جب الگ تھلگ Kr ایٹم 1D گیس میں منتقل ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے TEM میں واحد ایٹم کا تضاد غائب ہو جاتا ہے۔ بہر حال، اسکیننگ TEM (STEM) امیجنگ اور الیکٹران انرجی نقصان سپیکٹروسکوپی (EELS) کی تکمیلی تکنیک ان کے کیمیائی دستخطوں کی نقشہ سازی کے ذریعے ہر نینو ٹیوب کے اندر ایٹموں کی نقل و حرکت کا پتہ لگانے کے قابل تھیں۔

EPSRC نیشنل ریسرچ فیسیلٹی، سپر سٹیم کے ڈائریکٹر پروفیسر کوئنٹن راماس نے کہا: 'الیکٹران بیم کو ایٹم کے سائز سے بہت چھوٹے قطر پر فوکس کرنے سے، ہم نینو ٹیسٹ ٹیوب کے اس پار اسکین کرنے اور انفرادی ایٹموں کے اسپیکٹرا کو ریکارڈ کرنے کے قابل ہو جاتے ہیں۔ یہاں تک کہ اگر یہ ایٹم حرکت پذیر ہوں۔ یہ ہمیں یک جہتی گیس کا ایک طیفی نقشہ فراہم کرتا ہے، اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ ایٹم ڈی لوکلائزڈ ہیں اور تمام دستیاب جگہ کو بھر دیتے ہیں، جیسا کہ ایک عام گیس کرتی ہے۔'

ناٹنگھم یونیورسٹی کے نانوسکل اینڈ مائیکرو اسکیل ریسرچ سینٹر (این ایم آر سی) کے ڈائریکٹر پروفیسر پال براؤن نے کہا: 'جہاں تک ہم جانتے ہیں، یہ پہلا موقع ہے کہ نوبل گیس کے ایٹموں کی زنجیروں کی براہ راست تصویر کشی کی گئی ہے، جس کے نتیجے میں ٹھوس مواد میں ایک جہتی گیس۔ اس طرح کے مضبوطی سے منسلک جوہری نظام انتہائی غیر معمولی حرارت کی ترسیل اور پھیلاؤ کی خصوصیات کو ظاہر کر سکتے ہیں۔ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی نے حقیقی وقت اور براہ راست جگہ میں ایٹموں کی حرکیات کو سمجھنے میں اہم کردار ادا کیا ہے۔'

ٹیم کا منصوبہ ہے کہ الیکٹران مائکروسکوپی کو تصویر کے درجہ حرارت پر قابو پانے والے مرحلے کی منتقلی اور ایک جہتی نظاموں میں کیمیائی رد عمل کے لیے استعمال کیا جائے، تاکہ مادے کی اس طرح کی غیر معمولی حالتوں کے راز کو کھولا جا سکے۔

تحقیقی رپورٹ:کرپٹن ڈائمرز اور زنجیروں کی جوہری پیمانے پر وقتی حل شدہ امیجنگ اور ایک جہتی گیس میں منتقلی