مالیکیولز کو آئینوں کے بیچ قید کرنے سے یہاں کچھ نہیں بدلتا
عام شمسی سیلز ہر فوٹون کی توانائی کا ایک حصہ حرارت کی صورت میں ضائع کر دیتے ہیں۔ اس حد سے بچنے کا ایک مجوزہ طریقہ سنگلٹ فشن ہے: بعض نامیاتی مادوں میں روشنی سے پیدا ہونے والا ایک ہیجان (excitation)، یعنی ایک “سنگلٹ”، کم توانائی والے دو ہیجانات، یعنی “ٹرپلٹس”، میں بٹ جاتا ہے۔ اگر دونوں کو حاصل کیا جا سکے تو ایک فوٹون ایک کے بجائے دو چارج دیتا ہے۔
مقالے کے مطابق مشکل یہ ہے کہ فشن مالیکیولز کی ساخت اور ترتیب کے بارے میں بہت حساس ہے، جسے بہتر بنانے کے لیے بہت سا کیمیائی کام درکار ہوتا ہے۔
روشنی اور مادے کو ملانا
ایک پرکشش شارٹ کٹ یہ ہے کہ مالیکیولز کو نہیں بلکہ ان کے روشنی کے ماحول کو بدلا جائے۔ ایک پتلی فلم کو دو بہت قریب رکھے آئینوں کے درمیان رکھیے، تو اندر قید روشنی مالیکیولز کے ساتھ اتنی مضبوطی سے جڑ سکتی ہے کہ روشنی اور مادے کی مخلوط حالتیں بن جاتی ہیں، جنہیں پولیریٹونز (polaritons) کہتے ہیں۔ نظریاتی طور پر یہ کیمیا کو چھیڑے بغیر فشن جیسے عمل کو تیز، سست یا رخ موڑ سکتے ہیں۔
تجربات متضاد رہے ہیں۔ ایک مالیکیول، TIPS-پینٹاسین، میں کوئی تبدیلی نہیں ملی۔ روبرین کے لیے، چاندی کے آئینوں کے ساتھ 2019 کے ایک مطالعے نے بتایا کہ فشن دب گیا تھا۔ نئے مقالے کے مصنفین ایک مسئلے کی نشاندہی کرتے ہیں: رپورٹ کی گئی تبدیلیاں پیکو سیکنڈز تک رہیں، جبکہ نقصان والے چاندی کے آئینوں کے درمیان روشنی صرف تقریباً ایک پیکو سیکنڈ کے دسویں حصے تک باقی رہتی ہے۔ اور خود آئینے جانچنے والی روشنی پر فلٹر کا کام کرتے ہیں، جس سے ایسی خامیاں پیدا ہوتی ہیں جو مالیکیولز میں تبدیلی جیسی لگ سکتی ہیں۔
وہاں ناپنا جہاں آئینے اندھے ہیں
جینی کلارک (یونیورسٹی آف شیفیلڈ) اور شیفیلڈ، آکسفورڈ، واروِک اور باتھ کے ساتھیوں نے ڈائی الیکٹرک آئینوں سے کیویٹیز بنائیں، جو سلیکا اور ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ کی تہوں کے ڈھیر ہیں اور نظر آنے والی روشنی کو مضبوطی سے منعکس کرتے ہیں مگر قریبی انفرا ریڈ کو گزرنے دیتے ہیں۔ پھر انہوں نے فشن کا قریبی انفرا ریڈ میں، تقریباً 1,200 نینو میٹر پر تعاقب کیا، اس بینڈ سے باہر جسے آئینے منعکس کرتے ہیں، جہاں کیویٹی سگنل کو بگاڑ نہیں سکتی۔ ایک سادہ فلم پر انہوں نے جانچا کہ یہ انفرا ریڈ سگنل فشن کو بالکل ویسے ہی دکھاتا ہے جیسے نظر آنے والا سگنل۔
انہوں نے موازنہ کیا:
- ایک کم معیار کی کیویٹی کا، جہاں روشنی تقریباً 25 فیمٹو سیکنڈ باقی رہتی ہے؛
- ایک اعلیٰ معیار کی کیویٹی کا، جہاں یہ تقریباً 330 فیمٹو سیکنڈ باقی رہتی ہے؛
- مختلف توانائیوں پر ٹیون کی گئی کیویٹیز کا، +20 سے −110 ملی الیکٹران وولٹ تک، جو پچھلی رپورٹ کے حالات کا احاطہ کرتی ہیں؛
- ایک سادہ فلم اور صرف نچلے آئینے والی ایک “کھلی کیویٹی” کا۔
تمام کیویٹیز میں روشنی اور مالیکیول مضبوطی سے طاقتور ربط (strong coupling) کے دائرے میں تھے، تقریباً 100 ملی الیکٹران وولٹ کی تقسیم (splitting) کے ساتھ۔
ہر جگہ وہی فشن
ہر صورت میں فشن عملاً بغیر کسی تبدیلی کے ہوا۔ ایک ہی ماڈل نے ایک ہی شرحوں کے ساتھ کھلی کیویٹی اور دونوں طاقتور ربط والی کیویٹیز کو بیان کیا: فشن کا پہلا قدم تینوں میں 130 فی نینو سیکنڈ کی شرح سے ہوا۔ ٹیوننگ بدلنے سے بھی کوئی فرق نہیں پڑا۔
ٹیم کو طیف (spectra) میں معمولی تبدیلیاں ضرور نظر آئیں، لیکن تفصیلی بصری نقالی نے انہیں آئینوں میں مداخلت (interference) کے اثرات کے طور پر دوبارہ پیدا کیا، نہ کہ بدلی ہوئی فوٹو فزکس کے طور پر۔ ایک تیسری، آزاد تکنیک، وقت کے لحاظ سے تحلیل شدہ الیکٹران پیرا میگنیٹک ریزوننس، روشنی کے بجائے مقناطیسیت کے ذریعے ٹرپلٹس کے اسپن جانچتی ہے، اور اس نے کیویٹی کے ساتھ اور اس کے بغیر ایک جیسا ٹرپلٹ سگنل دکھایا۔
ایک تفصیل دکھاتی ہے کہ گمراہ ہونا کتنا آسان ہے۔ فشن کیویٹیز میں سادہ فلم کے مقابلے میں تقریباً 20% تیز تھا، لیکن کھلی کیویٹی میں بھی اتنا ہی تیز تھا، جس میں نہ اوپری آئینہ ہے نہ طاقتور ربط۔ مصنفین اسے نچلے آئینے کی ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ تہہ سے رابطے سے منسوب کرتے ہیں۔
کیویٹی کیمیا کے لیے اس کا مطلب
مصنفین لکھتے ہیں کہ یہ نتائج روبرین میں پولیریٹون سے بدلے ہوئے فشن کی پچھلی رپورٹ پر “نمایاں شک ڈالتے ہیں”، اور TIPS-پینٹاسین کے مطالعے سے متفق ہیں: غیر مربوط مالیکیولی حالتوں کا بہت بڑا ذخیرہ حرکیات پر حاوی رہتا ہے۔ ان کا خیال ہے کہ پچھلی تبدیلیاں غالباً بصری خامیوں، سطحی اثرات یا دوسرے درجے کے ایسے عمل سے آئیں جن میں ہیجانات ایک دوسرے کو ختم کر دیتے ہیں، اور یہ کہ کیویٹی سے قابو کی گئی کیمیا کے کسی بھی مستقبل کے دعوے کو پہلے انہیں رد کرنا چاہیے۔ ان کا استدلال ہے کہ آئینوں کے انعکاسی بینڈ سے باہر جانچ کرنا ایسا کرنے کا ایک سادہ طریقہ ہے۔