جب ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ کی پتلی پرت پر کرنٹ لگایا جاتا ہے تو یہ انتہائی غیر معمولی انداز میں چمکنا شروع ہو جاتا ہے۔ عام روشنی کے علاوہ، جسے دوسرے سیمی کنڈکٹر مواد بھی خارج کر سکتے ہیں، ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ ایک بہت ہی خاص قسم کی روشن کوانٹم روشنی بھی پیدا کرتی ہے، جو صرف مواد کے مخصوص مقامات پر پیدا ہوتی ہے۔ یہ فوٹون کی ایک سیریز پر مشتمل ہوتا ہے جو ہمیشہ ایک ایک کرکے خارج ہوتے ہیں — کبھی جوڑوں یا گچھوں میں نہیں۔ یہ اینٹی بنچنگ اثر کوانٹم انفارمیشن اور کوانٹم کرپٹوگرافی کے میدان میں تجربات کے لیے بہترین ہے، جہاں سنگل فوٹون کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، برسوں سے، یہ اخراج ایک معمہ بنی ہوئی ہے۔

ٹی یو ویانا کے محققین نے اب اس کی وضاحت کی ہے: مادی اور مکینیکل تناؤ میں واحد جوہری نقائص کا ایک لطیف تعامل اس کوانٹم لائٹ اثر کے لیے ذمہ دار ہے۔ کمپیوٹر کی نقلیں یہ ظاہر کرتی ہیں کہ کس طرح الیکٹران مواد میں مخصوص جگہوں پر چلائے جاتے ہیں، جہاں وہ کسی نقص کی وجہ سے پکڑے جاتے ہیں، توانائی کھو دیتے ہیں اور فوٹوون کا اخراج کرتے ہیں۔ کوانٹم لائٹ پزل کا حل اب فزیکل ریویو لیٹرز میں شائع ہو چکا ہے۔

صرف تین ایٹم موٹے ہیں۔

ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ ایک دو جہتی مواد ہے جو انتہائی پتلی تہوں کو تشکیل دیتا ہے۔ اس طرح کی تہیں صرف تین جوہری پرتیں موٹی ہوتی ہیں، درمیان میں ٹنگسٹن ایٹم ہوتے ہیں، نیچے اور اوپر سیلینیم ایٹموں کے ساتھ مل کر ہوتے ہیں۔ "اگر تہہ کو توانائی فراہم کی جاتی ہے، مثال کے طور پر برقی وولٹیج لگا کر یا کسی مناسب طول موج کی روشنی سے شعاع کر کے، یہ چمکنا شروع ہو جاتی ہے،" TU ویانا کے نظریاتی طبیعیات کے انسٹی ٹیوٹ سے لوکاس لن ہارٹ بتاتے ہیں۔ "یہ اپنے آپ میں غیر معمولی نہیں ہے، بہت سے مواد ایسا کرتے ہیں. تاہم، جب ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ سے خارج ہونے والی روشنی کا تفصیل سے تجزیہ کیا گیا تو عام روشنی کے علاوہ ایک خاص قسم کی روشنی کا بھی پتہ چلا جس میں انتہائی غیر معمولی خصوصیات تھیں۔

یہ خاص نوعیت کی کوانٹم روشنی مخصوص طول موج کے فوٹون پر مشتمل ہوتی ہے — اور وہ ہمیشہ انفرادی طور پر خارج ہوتی ہیں۔ ایسا کبھی نہیں ہوتا کہ ایک ہی طول موج کے دو فوٹون ایک ہی وقت میں پائے جائیں۔ "یہ ہمیں بتاتا ہے کہ یہ فوٹون مواد میں تصادفی طور پر پیدا نہیں کیے جا سکتے ہیں، لیکن یہ کہ ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ کے نمونے میں کچھ ایسے نکات ہونے چاہییں جو ان میں سے بہت سے فوٹونز کو ایک کے بعد ایک پیدا کرتے ہیں،" پروفیسر فلورین لیبِش کی وضاحت کرتے ہیں، جن کی تحقیق دو پر مرکوز ہے۔ - جہتی مواد۔

اس اثر کی وضاحت کے لیے کوانٹم فزیکل سطح پر مواد میں الیکٹران کے رویے کی تفصیلی تفہیم کی ضرورت ہے۔ ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ میں الیکٹران توانائی کی مختلف حالتوں پر قبضہ کر سکتے ہیں۔ اگر ایک الیکٹران اعلی توانائی کی حالت سے کم توانائی کی حالت میں تبدیل ہوتا ہے، تو ایک فوٹون خارج ہوتا ہے۔ تاہم، کم توانائی کی طرف اس چھلانگ کی ہمیشہ اجازت نہیں ہے: الیکٹران کو کچھ قوانین کی پابندی کرنی پڑتی ہے—مومینٹم اور کونگولر مومینٹم کا تحفظ۔

تحفظ کے ان قوانین کی وجہ سے، ایک اعلی توانائی والی کوانٹم حالت میں ایک الیکٹران کو وہیں رہنا چاہیے- جب تک کہ مواد میں کچھ خامیاں توانائی کی حالتوں کو تبدیل کرنے کی اجازت نہ دیں۔ ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ پرت کبھی بھی کامل نہیں ہوتی۔ کچھ جگہوں پر، ایک یا زیادہ سیلینیم ایٹم غائب ہوسکتے ہیں،" لوکاس لن ہارٹ کہتے ہیں۔ "یہ اس خطے میں الیکٹران ریاستوں کی توانائی کو بھی تبدیل کرتا ہے۔"

مزید یہ کہ مادی پرت ایک کامل طیارہ نہیں ہے۔ ایک کمبل کی طرح جو تکیے پر پھیلنے پر جھریاں پڑ جاتی ہیں، ٹنگسٹن ڈسیلینائیڈ مقامی طور پر پھیل جاتی ہے جب مادی پرت چھوٹے سپورٹ ڈھانچے پر معطل ہو جاتی ہے۔ ان مکینیکل دباؤ کا اثر الیکٹرانک توانائی کی ریاستوں پر بھی پڑتا ہے۔

"مادی نقائص اور مقامی تناؤ کا تعامل پیچیدہ ہے۔ تاہم، اب ہم کمپیوٹر پر دونوں اثرات کی نقل کرنے میں کامیاب ہو گئے ہیں،" لوکاس لن ہارٹ کہتے ہیں۔ "اور یہ پتہ چلتا ہے کہ صرف ان اثرات کا مجموعہ ہی عجیب روشنی کے اثرات کی وضاحت کر سکتا ہے۔"

مادے کے ان خوردبینی خطوں میں، جہاں نقائص اور سطح کے تناؤ ایک ساتھ ظاہر ہوتے ہیں، الیکٹران کی توانائی کی سطح بلندی سے کم توانائی کی حالت میں بدل جاتی ہے اور ایک فوٹان کا اخراج ہوتا ہے۔ کوانٹم فزکس کے قوانین دو الیکٹرانوں کو ایک ہی وقت میں بالکل ایک ہی حالت میں رہنے کی اجازت نہیں دیتے اور اس لیے الیکٹران کو ایک ایک کر کے اس عمل سے گزرنا چاہیے۔ نتیجے کے طور پر، فوٹون بھی ایک ایک کرکے خارج ہوتے ہیں۔

ایک ہی وقت میں، مواد کی میکانکی تحریف خرابی کے ارد گرد الیکٹرانوں کی ایک بڑی تعداد کو جمع کرنے میں مدد کرتی ہے تاکہ آخری الیکٹران اپنی حالت بدلنے اور فوٹوون کے اخراج کے بعد قدم رکھنے کے لیے آسانی سے دستیاب ہو۔

یہ نتیجہ واضح کرتا ہے کہ الٹراتھین 2-D مواد میٹریل سائنس کے لیے مکمل طور پر نئے امکانات کھولتے ہیں۔