TEM-EELS ایٹموں کو دیکھنے کے لیے ایک بہترین ٹول ہے۔ TEM-EELS کو دو آلات، TEM اور EELS میں تقسیم کیا گیا ہے۔ آئیے ہر ایک اصول کے بارے میں جانیں۔


آج کل، ہم اس بات کو تسلیم کرتے ہیں کہ تمام مادہ ایٹموں سے بنے ہیں، لیکن 150 سال پہلے بھی، لوگوں کو شک تھا کہ کیا واقعی ایٹم موجود ہیں؟ درحقیقت، اس وقت تک ایٹموں کے وجود کے بالواسطہ ثبوت پہلے ہی بڑی مقدار میں جمع ہو چکے تھے۔ اس کے باوجود سائنس دان اپنے شکوک و شبہات کو دور نہ کرنے کی وجہ صرف یہ تھی کہ انہوں نے پہلے کبھی ایٹم نہیں دیکھے تھے۔ اس وقت سائنس دان میگنفائنگ گلاس سے جو سب سے چھوٹی چیزیں دیکھ سکتے تھے وہ بیکٹیریا تھے، لیکن ایٹموں کو دیکھنے کے لیے آپ کو سیکڑوں ہزاروں گنا زیادہ بڑا کرنا پڑتا تھا۔ قدرتی طور پر، سائنس دان اس طرح کے ایک مضحکہ خیز چھوٹے مادہ کے وجود کو آسانی سے قبول نہیں کر سکتے تھے۔ اور وہ اپنی آنکھوں سے ایٹموں کے وجود کی تصدیق کرنا چاہتا تھا۔

تو وہ کون سا فیصلہ کن عنصر تھا جس کی وجہ سے سائنسدانوں نے ایٹموں کے وجود کی تصدیق کی؟ بہتر میگنفائنگ گلاس جس نے انہیں ایٹموں کا وجود براہ راست دکھایا وہ EM (الیکٹران مائکروسکوپ) تھا۔ EM کو اس کے آپریٹنگ میکانزم کے لحاظ سے کئی اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ان میں سب سے زیادہ ریزولوشن کے لیے جو توجہ مبذول کر رہا ہے وہ ہے TEM-EELS (ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ-الیکٹران انرجی لاس اسپیکٹروسکوپی)۔ جیسا کہ نام سے پتہ چلتا ہے، TEM-EELS کو دو آلات، TEM اور EELS میں تقسیم کیا گیا ہے۔

TEM ایک ایسا سامان ہے جو الیکٹرانوں کو کسی شے پر تجزیہ کرنے کے لیے پروجیکٹ کرتا ہے اور پھر ریفریکٹڈ الیکٹرانوں کی رفتار کا تجزیہ کرتا ہے۔ ایٹم جو کسی چیز کو بناتے ہیں ایک مثبت چارج شدہ نیوکلئس اور منفی چارج شدہ الیکٹران میں تقسیم ہوتے ہیں۔ اس کے مطابق، جب TEM آلات سے خارج ہونے والے الیکٹران کسی چیز کے اندرونی حصے سے گزرتے ہیں، تو وہ ایٹم نیوکلئس سے ایک پرکشش قوت اور ایٹم نیوکلئس کے ارد گرد موجود الیکٹرانوں سے ایک ارتکاز قوت حاصل کرتے ہیں۔ اگر ایک الیکٹران جوہری مرکز کے قریب سے گزرتا ہے تو، الیکٹران کی متوقع رفتار جوہری کشش سے ریفریکٹ ہوتی ہے۔ الیکٹرانوں کے اس انحراف کو لچکدار بکھرنا کہا جاتا ہے۔ دوسری طرف، پیش کردہ الیکٹران نیوکلئس سے کچھ فاصلے پر نیوکلئس کے ارد گرد دوسرے الیکٹرانوں کے ذریعے منحرف ہو سکتا ہے۔ چونکہ ایٹم نیوکلئس کے ارد گرد الیکٹران بڑے پیمانے پر خلا میں پھیلے ہوئے ہیں، اس لیے الیکٹرانوں کے درمیان پسپائی کی وجہ سے اہم انحراف اس وقت ہوتا ہے جب دو الیکٹران آپس میں ٹکرانے کے لیے کافی قریب آتے ہیں۔ جب پروجیکٹ شدہ الیکٹران ایٹم نیوکلئس کے ارد گرد الیکٹران کے بہت قریب پہنچتا ہے، تو پروجیکٹ شدہ الیکٹران ایک مضبوط ریپلسیو قوت کے ذریعے دوسری سمت میں اچھال جاتا ہے۔ اس میکانزم کی وجہ سے ہونے والے ریفریکشن کو غیر لچکدار بکھرنا کہا جاتا ہے۔ عام طور پر، لچکدار بکھرنے کی وجہ سے الیکٹران کے انحراف کی ڈگری غیر لچکدار بکھرنے سے زیادہ ہوتی ہے۔ لہذا، TEM ریفریکٹڈ الیکٹران کی رفتار کو دیکھ سکتا ہے اور یہ معلوم کر سکتا ہے کہ آیا یہ لچکدار بکھرنے (ایٹمک نیوکلئس) یا غیر لچکدار بکھرنے (الیکٹران) سے آیا ہے۔ TEM بار بار الیکٹران کو ایک ہی سمت اور رفتار سے کسی چیز کے مختلف پوائنٹس پر منتقل کرتا ہے اور ریکارڈ کرتا ہے کہ ایٹم نیوکلئس کہاں واقع ہے اور الیکٹران کہاں واقع ہیں۔ ان اعداد و شمار کو یکجا کرنے سے ہمیں یہ جاننے کی اجازت ملتی ہے کہ ایٹموں کو پوری آبجیکٹ میں کس طرح ترتیب دیا جاتا ہے۔

تاہم، مندرجہ بالا طریقہ کے ساتھ ایک مسئلہ ہے. مثال کے طور پر، آئیے فرض کریں کہ الیکٹران ایک چھوٹے مثبت چارج کے ساتھ ایٹم نیوکلئس کے گرد TEM کا استعمال کرتے ہوئے پیش کیے جاتے ہیں۔ چونکہ مثبت چارج کا سائز چھوٹا ہے، جوہری مرکز اور شروع ہونے والے الیکٹران کے درمیان کشش قوت کم ہو جاتی ہے، اس لیے الیکٹران جس حد تک منحرف ہوتا ہے وہ بھی کمزور ہو جاتا ہے۔ جب یہ رجحان بگڑ جاتا ہے، TEM یہ فرق کرنے سے قاصر ہو جاتا ہے کہ آیا کمزور ریفریکٹڈ الیکٹران لچکدار بکھرنے سے آتے ہیں یا غیر لچکدار بکھرنے سے۔ لہذا، سائنسدانوں نے اضافی طور پر TEM کو EELS نامی ڈیوائس سے لیس کیا۔ EELS ایک ایسا آلہ ہے جو الیکٹران کی توانائی کو ریکارڈ کرتا ہے جبکہ TEM منتقل شدہ الیکٹرانوں کی رفتار کو ریکارڈ کرتا ہے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، جب متوقع الیکٹران لچکدار بکھرنے کا تجربہ کرتے ہیں، تو ان کی سمت صرف ایٹم نیوکلئس کی کشش کی وجہ سے بدل جاتی ہے۔ تاہم، جب الیکٹران غیر لچکدار بکھرنے کا تجربہ کرتے ہیں، تو وہ نیوکلئس کے ارد گرد الیکٹرانوں سے ٹکرانے کے لیے کافی قریب آتے ہیں اور اچھل جاتے ہیں، اس لیے الیکٹران کی رفتار ڈرامائی طور پر بڑھ جاتی ہے۔ لہذا، یہاں تک کہ اگر لچکدار بکھرنے اور غیر لچکدار بکھرنے سے متوقع الیکٹرانوں کو اسی حد تک ریفریکٹ کرتے ہیں، EELS کے ساتھ الیکٹرانوں کی توانائی کا تعین کرکے، یہ تعین کرنا ممکن ہے کہ الیکٹران کس بکھرے ہوئے کے ذریعے ریفریکٹ ہوئے تھے۔ مثال کے طور پر، اگر کوئی الیکٹران کسی خاص رفتار یا حرکی توانائی کے ساتھ پایا جاتا ہے جس میں اتنی بڑی ہوتی ہے کہ لچکدار طور پر بکھرے ہوئے الیکٹران اس میں نہیں ہو سکتے، تو یہ تعین کیا جا سکتا ہے کہ یہ الیکٹران غیر لچکدار بکھرنے کی وجہ سے ریفریکٹ ہوا تھا۔

TEM-EELS، جو مندرجہ بالا طریقہ کار کے ذریعے جدید سائنسدانوں کے لیے ایک میگنفائنگ گلاس کا کام کرتا ہے، ان کی پوری تحقیق میں استعمال ہوتا ہے۔ جدید معاشرے میں استعمال ہونے والے آلات کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے جوہری سطح کے تجربات ضروری ہیں۔ TEM-EELS کے بغیر دوسرے بالواسطہ طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے جوہری ترتیب یا مواد کی قسم کی تصدیق کرنا کافی بوجھل اور مشکل ہے۔ مثال کے طور پر، کوریا میں فی الحال تجارتی بنائے گئے سیمی کنڈکٹر کی پیداوار کا عمل 10nm لیول یونٹ استعمال کرتا ہے، اور 10nm میں صرف 100 ایٹم ہوتے ہیں۔ یہاں تک کہ اگر ان 100 ایٹموں میں سے صرف ایک بھی غلط جگہ پر ہے، سیمی کنڈکٹر ٹھیک سے کام نہیں کرے گا۔ ایٹم کی ساخت کو براہ راست دیکھے بغیر اس بات کی تصدیق کرنا بھی ناممکن ہے کہ آیا سیمی کنڈکٹر میں کچھ گڑبڑ ہے یا نہیں۔ TEM-EELS نامی اعلیٰ کارکردگی والے میگنفائنگ گلاس کی اہمیت پر ایک بار پھر زور دیا گیا ہے۔