हेस्लर यौगिक

हेस्लर यौगिक चुंबकीय इंटरमेटेलिक्स हैं जो चेहरे-केंद्रित क्यूबिक क्रिस्टल संरचना और एक्सवाईजेड (अर्ध-हेस्लर) या एक्स की संरचना के साथ हैं।2YZ (पूर्ण-हेस्लर), जहां X और Y संक्रमण धातु हैं और Z पी-ब्लॉक में है। यह शब्द जर्मनी के खनन अभियन्ता  और  रसायनज्ञ  फ्रेडरिक हेस्लर के नाम से निकला है, जिन्होंने इस तरह के यौगिक (Cu) का अध्ययन किया था।2MnAl) 1903 में। इनमें से कई यौगिक spintronics से संबंधित गुणों को प्रदर्शित करते हैं, जैसे  magnetoresistance, हॉल प्रभाव की विविधताएं, प्रति[[लौह चुंबकत्व]] सामयिक इन्सुलेटर और थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाता है। फेरी चुम्बकत्व पड़ोसी चुंबकीय आयनों के बीच दोहरे विनिमय तंत्र से उत्पन्न होता है। मैंगनीज, जो क्यूबिक संरचना के शरीर केंद्रों पर बैठता है, खोजे गए पहले हेस्लर यौगिक में चुंबकीय आयन था। (ऐसा क्यों होता है इसके विवरण के लिए बेथे-स्लेटर वक्र देखें।)

रासायनिक सूत्र लिखने की शैलियाँ
सर्वेक्षण किए जा रहे साहित्य के क्षेत्र के आधार पर, एक ही यौगिक को विभिन्न रासायनिक सूत्रों के साथ संदर्भित किया जा सकता है। सबसे सामान्य अंतर का एक उदाहरण X है2YZ बनाम XY2Z, जहां यौगिक में दो संक्रमण धातुओं X और Y के संदर्भ की अदला-बदली की जाती है। पारंपरिक सम्मेलन एक्स2YZ इंटरमेटेलिक्स के रूप में हेस्लर की व्याख्या से उत्पन्न होता है और मुख्य रूप से हेस्लर यौगिकों के चुंबकीय अनुप्रयोगों का अध्ययन करने वाले साहित्य में उपयोग किया जाता है। एक्स वाई2दूसरी ओर Z कन्वेंशन का उपयोग ज्यादातर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में किया जाता है और पारदर्शी संचालन अनुप्रयोग साहित्य जहां सेमीकंडक्टिंग हेस्लर (ज्यादातर हाफ-हेस्लर सेमीकंडक्टर्स हैं) का उपयोग किया जाता है। यह सम्मेलन, जिसमें आवर्त सारणी पर सबसे बायां तत्व पहले आता है, ज़िंटल व्याख्या का उपयोग करता है अर्धचालक यौगिकों का जहां रासायनिक सूत्र XY2Z को वैद्युतीयऋणात्मकता बढ़ाने के क्रम में लिखा जाता है। Fe जैसे प्रसिद्ध यौगिकों में2VAl जिन्हें ऐतिहासिक रूप से धात्विक (अर्ध-धात्विक) माना जाता था, लेकिन हाल ही में उन्हें छोटे अंतर वाले अर्धचालक के रूप में दिखाया गया था हो सकता है कि दोनों शैलियों का उपयोग किया जा रहा हो। वर्तमान लेख में अर्धचालक यौगिकों का कभी-कभी XY में उल्लेख किया जा सकता है2जेड-शैली।

चुंबकीय गुण
प्रारंभिक पूर्ण-हेस्लर यौगिक Cu का चुंबकत्व2MnAl ताप उपचार और संरचना के साथ काफी भिन्न होता है। इसमें लगभग 8,000 गॉस का एक कमरे के तापमान का संतृप्ति प्रेरण है, जो तत्व निकल (लगभग 6100 गॉस) से अधिक है, लेकिन लोहे (लगभग 21500 गॉस) से छोटा है। प्रारंभिक अध्ययन के लिए देखें।  1934 में, ब्रैडली और रोजर्स ने दिखाया कि कमरे का तापमान फेरोमैग्नेटिक चरण L2 की पूरी तरह से व्यवस्थित संरचना थी।1 संरचना रिपोर्ट प्रकार। इसमें मैंगनीज और  अल्युमीनियम  द्वारा केंद्रित वैकल्पिक कोशिकाओं के साथ तांबे के परमाणुओं का एक आदिम घन जाली है। जाली पैरामीटर 5.95 Ångström|Å है। पिघले हुए मिश्र धातु का सॉलिडस (रसायन विज्ञान) तापमान लगभग 910 °C होता है। जैसे ही इसे इस तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, यह अव्यवस्थित, ठोस, शरीर-केंद्रित क्यूबिक बीटा-चरण में बदल जाता है। 750 °C से नीचे, एक B2 आदेशित जाली एक आदिम घनीय तांबे की जाली के साथ बनती है, जो एक अव्यवस्थित मैंगनीज-एल्यूमीनियम उप-जाली द्वारा शरीर-केंद्रित होती है। 610 डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा होने से मैंगनीज और एल्युमिनियम सब-लैटिस L2 में और ऑर्डर देने लगते हैं1 प्रपत्र। गैर-स्टोइकियोमेट्रिक मिश्र धातुओं में, ऑर्डर करने का तापमान कम हो जाता है, और एनीलिंग तापमान की सीमा, जहां मिश्रधातु माइक्रोप्रेसिपिटेट्स नहीं बनाती है, स्टोइकोमेट्रिक सामग्री की तुलना में छोटी हो जाती है।

ऑक्सले ने क्यूरी तापमान के लिए 357 डिग्री सेल्सियस का मान पाया, जिसके नीचे यौगिक फेरोमैग्नेटिक हो जाता है। न्यूट्रॉन विवर्तन और अन्य तकनीकों ने दिखाया है कि लगभग 3.7 बोहर चुंबक का एक चुंबकीय क्षण लगभग पूरी तरह से मैंगनीज परमाणुओं पर रहता है। चूंकि ये परमाणु 4.2 Å अलग हैं, विनिमय बातचीत, जो स्पिन को संरेखित करती है, अप्रत्यक्ष है और चालन इलेक्ट्रॉनों या एल्यूमीनियम और तांबे के परमाणुओं के माध्यम से मध्यस्थता की जाती है। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी अध्ययनों से पता चला है कि थर्मल विरोधी चरण डोमेन (APBs) ऑर्डरिंग तापमान के माध्यम से कूलिंग के दौरान बनते हैं, जैसा कि ऑर्डर किए गए डोमेन क्रिस्टल जाली के भीतर विभिन्न केंद्रों पर न्यूक्लिएट करते हैं और अक्सर एक-दूसरे के साथ कदम से बाहर होते हैं जहां वे मिलते हैं। मिश्रधातु के निरोधित होने पर एंटी-फेज डोमेन बढ़ता है। B2 और L2 के संगत APB दो प्रकार के होते हैं1 आदेश देने के प्रकार। मिश्र धातु के विकृत होने पर अव्यवस्थाओं के बीच APBs भी बनते हैं। एपीबी में मैंगनीज परमाणु मिश्र धातु के थोक की तुलना में करीब होंगे और तांबे की अधिकता वाले गैर stoichiometric मिश्र धातुओं के लिए (जैसे क्यूई)2.2एमएनएल0.8), प्रत्येक थर्मल एपीबी पर एक  प्रति-लौहचुंबकीय  परत बनती है। ये एंटीफेरोमैग्नेटिक परतें सामान्य चुंबकीय डोमेन संरचना को पूरी तरह से अलग कर देती हैं और एपीबी के साथ रहती हैं यदि वे मिश्र धातु को नष्ट करके उगाई जाती हैं। यह स्टोइकोमेट्रिक मिश्र धातु के सापेक्ष गैर-स्टोइकियोमेट्रिक मिश्र धातु के चुंबकीय गुणों को महत्वपूर्ण रूप से संशोधित करता है जिसमें एक सामान्य डोमेन संरचना होती है। संभवतः यह घटना इस तथ्य से संबंधित है कि शुद्ध मैंगनीज एक एंटीफेरोमैग्नेट है, हालांकि यह स्पष्ट नहीं है कि स्टोइकोमेट्रिक मिश्र धातु में प्रभाव क्यों नहीं देखा जाता है। इसी तरह के प्रभाव APBs में फेरोमैग्नेटिक मिश्र धातु MnAl में इसकी स्टोइकोमेट्रिक संरचना में होते हैं।

कुछ हेस्लर यौगिक फेरोमैग्नेटिक आकार-स्मृति मिश्र धातु के रूप में जानी जाने वाली सामग्रियों के गुणों को भी प्रदर्शित करते हैं। ये आम तौर पर निकल, मैंगनीज और गैलियम से बने होते हैं और चुंबकीय क्षेत्र में अपनी लंबाई 10% तक बदल सकते हैं।

यांत्रिक गुण
हेस्लर यौगिकों के यांत्रिक गुणों को समझना तापमान-संवेदनशील अनुप्रयोगों (जैसे थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री) के लिए सर्वोपरि है, जिसके लिए हेस्लर यौगिकों के कुछ उप-वर्गों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, साहित्य में प्रयोगात्मक अध्ययन शायद ही कभी सामने आते हैं। वास्तव में, इन यौगिकों का व्यावसायीकरण तीव्र, दोहराव वाले तापमान चक्रण से गुजरने और कंपन से टूटने का प्रतिरोध करने की सामग्री की क्षमता से सीमित है। दरार प्रतिरोध के लिए एक उपयुक्त उपाय सामग्री की कठोरता है, जो आमतौर पर एक अन्य महत्वपूर्ण यांत्रिक संपत्ति के साथ व्युत्क्रमानुपाती होती है: सामग्री की ताकत। इस खंड में, हम हेस्लर मिश्र धातुओं के यांत्रिक गुणों पर मौजूदा प्रायोगिक और कम्प्यूटेशनल अध्ययनों पर प्रकाश डालते हैं। ध्यान दें कि सामग्री के ऐसे रचनात्मक-विविध वर्ग के यांत्रिक गुण अपेक्षित रूप से मिश्र धातुओं की रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं, और इसलिए यांत्रिक गुणों में प्रवृत्तियों को केस-बाय-केस अध्ययन के बिना पहचानना मुश्किल होता है।

अर्ध-ह्यूस्लर मिश्र धातुओं के लोचदार मापांक मान 83 से 207 GPa तक होते हैं, जबकि बल्क मापांक HfNiSn में 100 GPa से TiCoSb में 130 GPa तक एक सख्त सीमा तक फैला होता है। विभिन्न घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) गणनाओं के संग्रह से पता चलता है कि अर्ध-हेस्लर यौगिकों को चतुर्धातुक-, पूर्ण- और व्युत्क्रम-हॉसलर मिश्र धातुओं की तुलना में कम लोचदार, कतरनी मापांक और बल्क मापांक होने की भविष्यवाणी की जाती है। डीएफटी भी नी में तापमान के साथ लोचदार मापांक में कमी की भविष्यवाणी करता है2XAl (X=Sc, Ti, V), साथ ही दबाव के साथ कठोरता में वृद्धि। तापमान के संबंध में मापांक में कमी TiNiSn, ZrNiSn और HfNiSn में भी देखी गई है, जहाँ ZrNiSn का मापांक सबसे अधिक है और Hf का सबसे कम है। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि लोचदार मापांक बढ़ते हुए परमाणु अंतर के साथ घटता है: जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, परमाणु कंपन भी बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप एक बड़ा संतुलन अंतर-परमाणु पृथक्करण होता है।

हेस्लर यौगिकों में यांत्रिक शक्ति का भी शायद ही कभी अध्ययन किया जाता है। एक अध्ययन से पता चला है कि, ऑफ-स्टोइकियोमेट्रिक नी में2MnIn, सामग्री 773 K पर 475 MPa की चरम शक्ति तक पहुँचती है, जो 973 K पर 200 MPa से बहुत कम हो जाती है। एक अन्य अध्ययन में, Ni-Mn-Sn टर्नरी कंपोजिशन स्पेस से बना एक स्फटिक हेस्लर मिश्र धातु पाया गया, जिसमें 5% तक की प्लास्टिसिटी (भौतिकी) विरूपण (इंजीनियरिंग) के साथ लगभग 2000 MPa की चरम संपीड़ित शक्ति थी। हालांकि, नी-एमएन-एसएन टर्नरी मिश्र धातु में ईण्डीयुम  को जोड़ने से न केवल नमूनों की सरंध्रता बढ़ जाती है, बल्कि यह कंप्रेसिव स्ट्रेंथ को 500 एमपीए तक कम कर देता है। यह अध्ययन से स्पष्ट नहीं है कि इंडियम जोड़ से सरंध्रता का कितना प्रतिशत बढ़ जाता है, जिससे ताकत कम हो जाती है। ध्यान दें कि यह ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण से अपेक्षित परिणाम के विपरीत है, जहां त्रिगुट प्रणाली में इंडियम को जोड़ने से अव्यवस्था-विलेय बातचीत के माध्यम से अव्यवस्था की गति धीमी हो जाती है और बाद में सामग्री की ताकत बढ़ जाती है।

फ्रैक्चर बेरहमी को रचना संशोधनों के साथ भी ट्यून किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, Ti की औसत कठोरता1−x(बटन, कुंडा)xNiSn की रेंज 1.86 MPa m है1/2 से 2.16 MPa m1/2, Zr/Hf सामग्री के साथ बढ़ रहा है। नमूनों की तैयारी मापी गई अस्थिभंग कठोरता को प्रभावित कर सकती है, जैसा कि ओ'कॉनर एट अल द्वारा विस्तृत किया गया है। उनके अध्ययन में, Ti के नमूने0.5एचएफ0.5सह0.5और0.5एसबी1−xएस.एन.x तीन अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके तैयार किया गया था: एक उच्च तापमान ठोस-राज्य प्रतिक्रिया मार्ग, उच्च-ऊर्जा बॉल मिलिंग और दोनों का संयोजन। अध्ययन में 2.7 MPa m के उच्च-ऊर्जा बॉल मिलिंग चरण के बिना तैयार किए गए नमूनों में उच्च फ्रैक्चर कठोरता पाई गई1/2 से 4.1 MPa m1/2, 2.2 MPa m की बॉल मिलिंग के साथ तैयार किए गए नमूनों के विपरीत1/2 से 3.0 MPa m1/2. फ्रैक्चर बेरहमी सामग्री में समावेशन और मौजूदा दरारों के प्रति संवेदनशील है, इसलिए यह नमूना तैयार करने पर निर्भर होने की उम्मीद है।

ऑफ-स्टोइकियोमेट्रिक हेस्लर्स
हालांकि परंपरागत रूप से XYZ और X की रचनाओं पर विचार किया जाता है2YZ, 2015 के बाद प्रकाशित अध्ययनों ने एक्सवाई जैसे एटिपिकल रचनाओं पर हेस्लर यौगिकों की खोज की और विश्वसनीय रूप से भविष्यवाणी की है0.8जेड और एक्स1.5YZ। इन त्रैमासिक रचनाओं के अलावा, चतुर्धातुक हेस्लर रचनाओं को डबल हाफ-हेस्लर एक्स कहा जाता है2हां2 (उदाहरण के लिए टी2FeNiSb2) और ट्रिपल हाफ-हेस्लर एक्स2X'Y3Z3 (उदाहरण के लिए एमजी2वीएनआई3एसबी3) भी खोजे गए हैं। ये ऑफ-स्टोइकोमेट्रिक (जो कि प्रसिद्ध XYZ और X से भिन्न है2YZ रचना) Heusler ज्यादातर कम तापमान T = 0 K सीमा में अर्धचालक हैं। इन यौगिकों के लिए स्थिर रचनाएं और संबंधित विद्युत गुण तापमान के प्रति काफी संवेदनशील हो सकते हैं और उनके आदेश-विकार संक्रमण तापमान अक्सर कमरे के तापमान से नीचे होते हैं। ऑफ-स्टोइकियोमेट्रिक हेस्लर में परमाणु पैमाने पर बड़ी मात्रा में दोष उन्हें बहुत कम तापीय चालकता प्राप्त करने में मदद करते हैं और उन्हें थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के अनुकूल बनाते हैं।  एक्स1.5YZ सेमीकंडक्टिंग संरचना को संरचना में दोहरी भूमिका (इलेक्ट्रॉन दाता के साथ-साथ स्वीकर्ता) निभाते हुए संक्रमण धातु X द्वारा स्थिर किया जाता है।

हाफ-हेस्लर थर्मोइलेक्ट्रिक्स
अर्ध-हेस्लर यौगिकों में विशिष्ट गुण और उच्च ट्यूनेबिलिटी होती है जो कक्षा को थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में बहुत ही आशाजनक बनाती है। एक अध्ययन ने भविष्यवाणी की है कि मशीन लर्निंग तकनीकों के साथ उच्च-थ्रूपुट एब इनिटियो गणना संयोजन का उपयोग करके 481 स्थिर अर्ध-हेस्लर यौगिक हो सकते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री (अंतरिक्ष समूह) के रूप में ब्याज के विशेष अर्ध-हेस्लर यौगिक एक सामान्य सूत्र XYZ के साथ अर्धचालक टर्नरी यौगिक हैं जहां X एक अधिक इलेक्ट्रोपोसिटिव संक्रमण धातु है (जैसे कि Ti या Zr), Y एक कम वैद्युतीयऋणात्मकता संक्रमण धातु है (जैसे) Ni या Co), और Z भारी मुख्य समूह तत्व है (जैसे Sn या Sb)। तत्व चयन की यह लचीली सीमा कई अलग-अलग संयोजनों को आधा-हेस्लर चरण बनाने की अनुमति देती है और भौतिक गुणों की विविध श्रेणी को सक्षम बनाती है।

हाफ-हेस्लर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के कई अन्य थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों पर अलग फायदे हैं; कम विषाक्तता, सस्ती तत्व, मजबूत यांत्रिक गुण, और उच्च तापीय स्थिरता आधे-हेस्लर थर्मोइलेक्ट्रिक्स को मध्य-उच्च तापमान अनुप्रयोग के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाती है। हालांकि, उच्च तापीय चालकता, जो अत्यधिक सममित एचएच संरचना के लिए आंतरिक है, ने एचएच थर्मोइलेक्ट्रिक को आम तौर पर टीई सामग्री के अन्य वर्गों की तुलना में कम कुशल बना दिया है। कई अध्ययनों ने जाली थर्मल चालकता और थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री को कम करके एचएच थर्मोइलेक्ट्रिक में सुधार पर ध्यान केंद्रित किया है # मेरिट का थर्मोइलेक्ट्रिक आंकड़ा> 1 बार-बार दर्ज किया गया है।

अर्ध-धात्विक फेरोमैग्नेटिक हेस्लर यौगिक
आधा धातु | आधा धातु फेरोमैग्नेट्स एक स्पिन चैनल में एक धातु व्यवहार और दूसरे स्पिन चैनल में एक इन्सुलेट व्यवहार प्रदर्शित करता है। हेस्लर अर्ध-धात्विक फेरोमैग्नेट्स का पहला उदाहरण सबसे पहले डी ग्रोट एट अल द्वारा जांचा गया था। NiMnSb के मामले में। अर्ध-धात्विकता संवाहक इलेक्ट्रॉनों के पूर्ण ध्रुवीकरण की ओर ले जाती है। आधा धातु फेरोमैग्नेट्स इसलिए स्पिंट्रोनिक्स अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक हैं।

उल्लेखनीय हेस्लर यौगिकों की सूची

 * घन2एमएनएएल, क्यू2आप कहाँ से हैं?2एमएस
 * यह है2एमएनएएल, नी2मिन, ने2एमएनएसएन, नी2एमएनएसबी, नी2मंगा
 * क्या2एमएनएएल, कं2एमएनएसआई, कं2मंगा, कं2एमएनजीई, कं2निगा
 * पी.डी2एमएनएएल, पीडी2कहाँ से, बुरा2एमएनएसएन, पीडी2एमएनएसबी
 * क्या2फेसी, कं2FeAl
 * फे2एक प्रस्तुति
 * से2वीजीए, कं2FeGe
 * कं2करोड़xफ़े1−xएक्स (एक्स = अल, अगर)
 * वाईबीबीआईपीटी

अग्रिम पठन

 * G. Sauthoff: Intermetallics, Wiley-VCH, Weinheim 1995, S. 83 u. 90.

बाहरी संबंध

 * National Pollutant Inventory – Copper and compounds fact sheet