पाठ्यक्रम: GS3/विज्ञान और प्रौद्योगिकी
संदर्भ
- चीनी वैज्ञानिकों की एक टीम ने बिस्मथ, गैलियम, इंडियम, टिन और लेड जैसे धातुओं की सही 2D शीट बनाने की नई विधि की रिपोर्ट दी है। यह टॉपोलॉजिकल इंसुलेटर्स सहित अगली पीढ़ी की क्वांटम और इलेक्ट्रॉनिक तकनीकों के विकास का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।
| क्वांटम डॉट और क्वांटम संपीड़न – क्वांटम डॉट: एक अर्धचालक कण जो केवल कुछ नैनोमीटर आकार का होता है; 1. इलेक्ट्रॉनों की सीमित गति के कारण यह “विशाल परमाणु” की तरह व्यवहार करता है। – क्वांटम संपीड़न: जब इलेक्ट्रॉनों की गति सीमित स्थान में बाधित होती है, तो ऊर्जा स्तर परमाणुओं की तरह क्वांटाइज़ हो जाते हैं। |
निम्न-आयामी सामग्रियाँ
- किसी सामग्री को 1D या 2D के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, इस आधार पर कि यह अपने इलेक्ट्रॉनों को कितनी सीमा में रखती है।
- 2D धातु अत्यंत पतली धातु परमाणु परतें होती हैं, जो सिर्फ 1-2 परमाणु मोटी (thick) होती हैं, जहाँ इलेक्ट्रॉन केवल दो आयामों में ही गति कर सकते हैं।
- ग्राफीन एक प्रसिद्ध 2D सामग्री है: इसमें कार्बन परमाणुओं की एकल शीट होती है जो षट्भुजी पैटर्न में आपस में बंधी होती है।
- इस शीट में इलेक्ट्रॉनों की गति केवल दो आयामों तक सीमित होती है, जिससे वे द्रव्यमानहीन प्रतीत होते हैं और ऐसी विशेषताएँ विकसित करते हैं जो अन्य सामग्रियों में नहीं देखी जातीं।
2D धातु बनाने में चुनौतियाँ
- कार्बन की तुलना में, जो आसानी से 2D शीट (ग्राफीन) बनाता है, धातु परमाणु सामान्यतः 3D में बंधने को पसंद करते हैं।
- परमाणु-पतली धातु शीट बनाने के प्रयास अब तक असफल रहे या केवल कुछ नैनोमीटर मोटी शीट बनाई गईं—जो सही क्वांटम संपीड़न के लिए बहुत मोटी हैं।
सफलता की विधि: 2D सैंडविच तकनीक
- मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS₂) कोटेड नीलम प्लेटों के बीच धातु पाउडर को पिघलाया और 200 मिलियन Pa दबाव में संपीड़ित किया जाता है।
- इससे अत्यंत पतली शीट बनती हैं—जैसे बिस्मथ, जिसकी मोटाई सिर्फ 6.3 Å (लगभग दो परमाणु गहरी) होती है।
2D धातुएँ क्यों महत्त्वपूर्ण हैं?
- अपेक्षित गुण:
- टॉपोलॉजिकल इंसुलेशन: केवल किनारों पर विद्युत प्रवाहित करता है, सतह पर नहीं।
- नॉनलाइनियर हॉल प्रभाव: विद्युत क्षेत्र के अंतर्गत लंबवत वोल्टेज उत्पन्न करता है।
- फील्ड इफेक्ट ट्यूनएबिलिटी: बाहरी क्षेत्रों के माध्यम से विद्युत चालकता नियंत्रित की जा सकती है।
- अनुप्रयोग:
- अल्ट्रा-संवेदनशील सेंसर (चिकित्सा/सैन्य)।
- उच्च दक्षता वाली क्वांटम कंप्यूटिंग।
- अगली पीढ़ी की इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक डिवाइसेस।
Source: TH
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