हेस्लर यौगिक

हेस्लर यौगिक चेहरे-केंद्रित क्यूबिक क्रिस्टल संरचना और XYZ (आधा-हेस्लर) या X2YZ (पूर्ण-हेस्लर) की संरचना के साथ चुंबकीय इंटरमेटेलिक हैं, जहां एक्स और वाई संक्रमण धातु हैं और जेड पी-ब्लॉक में है। यह शब्द जर्मन खनन इंजीनियर और रसायनज्ञ फ्रेडरिक हेस्लर के नाम से निकला है, जिन्होंने 1903 में इस तरह के यौगिक (Cu2MnAl) का अध्ययन किया था। [1] इनमें से कई यौगिक स्पिंट्रोनिक्स से संबंधित गुणों को प्रदर्शित करते हैं, जैसे मैग्नेटोरेसिस्टेंस, हॉल इफेक्ट की विविधताएं, फेरो-, एंटीफेरो-, और फेरिमैग्नेटिज्म, हाफ- और सेमीमेटैलिसिटी, स्पिन फिल्टर क्षमता, सुपरकंडक्टिविटी, टोपोलॉजिकल बैंड स्ट्रक्चर के साथ सेमीकंडक्टिविटी और सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री। उनका चुंबकत्व 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 आम अंतर का एक उदाहरण X2YZ बनाम XY2Z है, जहां यौगिक में दो संक्रमण धातुओं X और Y के संदर्भ की अदला-बदली की जाती है। पारंपरिक सम्मेलन X2YZ हेस्लर की इंटरमेटेलिक्स के रूप में व्याख्या से उत्पन्न होता है और मुख्य रूप से हेस्लर यौगिकों के चुंबकीय अनुप्रयोगों का अध्ययन करने वाले साहित्य में उपयोग किया जाता है। दूसरी ओर XY2Z सम्मेलन का उपयोग ज्यादातर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री और पारदर्शी संचालन अनुप्रयोगों साहित्य में किया जाता है, जहां सेमीकंडक्टिंग हेस्लर (ज्यादातर आधे-हेस्लर अर्धचालक होते हैं) का उपयोग किया जाता है। यह सम्मेलन, जिसमें आवर्त सारणी पर सबसे बायां तत्व पहले आता है, सेमीकंडक्टिंग यौगिकों की ज़िंटल व्याख्या का उपयोग करता है जहां रासायनिक सूत्र XY2Z को वैद्युतीयऋणात्मकता बढ़ाने के क्रम में लिखा जाता है। Fe2VAl जैसे प्रसिद्ध यौगिकों में, जिन्हें ऐतिहासिक रूप से धात्विक (अर्ध-धात्विक) माना जाता था, लेकिन हाल ही में उन्हें छोटे अंतराल वाले अर्धचालक के रूप में दिखाया गया था दोनों शैलियों का उपयोग किया जा सकता है। वर्तमान लेख में अर्धचालक यौगिकों का कभी-कभी XY2Z शैली में उल्लेख किया जा सकता है।

चुंबकीय गुण
प्रारंभिक पूर्ण-हेस्लर यौगिक Cu2MnAl का चुंबकत्व गर्मी 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, ब्राडली और रोजर्स ने दिखाया कि कमरे के तापमान फेरोमैग्नेटिक चरण L21 स्ट्रुक्टुरबेरिच प्रकार की पूरी तरह से व्यवस्थित संरचना थी। इसमें मैंगनीज और एल्यूमीनियम द्वारा केंद्रित वैकल्पिक कोशिकाओं के साथ तांबे के परमाणुओं का एक आदिम घन जाली है। जाली पैरामीटर 5.95 Å है। पिघले हुए मिश्रधातु का ठोस 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 डिग्री सेल्सियस से नीचे, एक B2 आदेशित जाली एक आदिम घनीय तांबे की जाली के साथ बनती है, जो एक अव्यवस्थित मैंगनीज-एल्यूमीनियम उपजाली द्वारा शरीर-केंद्रित है। 610 डिग्री सेल्सियस से नीचे ठंडा होने से मैंगनीज और एल्युमिनियम सब-लैटिस L21 रूप में और अधिक क्रमबद्ध हो जाते हैं। गैर-स्टोइकियोमेट्रिक मिश्र धातुओं में, ऑर्डर देने का तापमान कम हो जाता है, और एनीलिंग तापमान की सीमा, जहां मिश्र धातु माइक्रोप्रिसिपिटेट नहीं बनाती है, स्टोइकोमेट्रिक सामग्री की तुलना में छोटी हो जाती है।

क्यूरी तापमान के लिए ऑक्सली ने 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 अंतःक्रिया, 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 बनती 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 L21 प्रकार के ऑर्डरिंग के अनुरूप दो प्रकार के APB हैं। मिश्र धातु के विकृत होने पर अव्यवस्थाओं के बीच APBs भी बनते हैं। एपीबी में मैंगनीज के परमाणु मिश्र धातु के थोक की तुलना में करीब होंगे और तांबे की अधिकता वाले गैर-स्टोइकियोमेट्रिक मिश्र धातुओं के लिए (जैसे Cu2.2MnAl0.8), हर 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। फेरोमैग्नेटिक मिश्रधातु MnAl में एपीबी में इसी तरह के प्रभाव 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 आमतौर 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 थर्मोइलेक्ट्रिक्स) के लिए सर्वोपरि है, जिसके लिए हेस्लर यौगिकों के कुछ उप-वर्गों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, साहित्य में प्रयोगात्मक अध्ययन बहुत कम देखने को मिलते हैं। वास्तव में, इन यौगिकों का व्यावसायीकरण तीव्र, दोहराव वाले थर्मल साइकलिंग 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 क्रूरता है, जो आमतौर पर एक अन्य महत्वपूर्ण यांत्रिक संपत्ति: यांत्रिक शक्ति के साथ उलटा होता है। 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-हेस्लर 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-ह्यूस्लर यौगिकों में चतुर्धातुक-, पूर्ण- और उलटा-हॉसलर मिश्र धातुओं की तुलना में कम लोचदार, कतरनी और बल्क मॉड्यूलस होने की भविष्यवाणी की जाती है। डीएफटी ने Ni2XAl (X=Sc, Ti, V) में तापमान के साथ-साथ दबाव के साथ कठोरता में वृद्धि के साथ लोचदार मापांक में कमी की भी भविष्यवाणी की है। 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 न्यूनतम है। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि लोचदार मापांक बढ़ते अंतर-परमाणु पृथक्करण 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-स्टॉइचियोमेट्रिक Ni2MnIn में, सामग्री 773 K पर 475 MPa की चरम शक्ति तक पहुँचती है, जो 973 K पर 200 MPa से काफी कम हो जाती है। एक अन्य अध्ययन में, Ni-Mn-Sn टर्नरी कंपोजीशन स्पेस से बना एक पॉलीक्रिस्टलाइन हेस्लर मिश्र धातु में 5% तक प्लास्टिक विरूपण के साथ लगभग 2000 MPa की चरम संपीड़न शक्ति पाई गई थी। हालांकि, नी-एमएन-एसएन टर्नरी मिश्र धातु में इंडियम 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, Ti1−x(Zr, Hf)x की औसत कठोरता 1.86 MPa m1/2 से 2.16 MPa m1/2 तक होती है, जो Zr/Hf सामग्री के साथ बढ़ती है। हालांकि, नमूनों की तैयारी मापी गई फ्रैक्चर कठोरता को प्रभावित कर सकती है, जैसा कि ओ'कॉनर एट अल द्वारा विस्तृत किया गया है। उनके अध्ययन में, Ti0.5Hf0.5Co0.5Ir0.5Sb1−xSnx के नमूने तीन अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके तैयार किए गए थे: एक उच्च तापमान ठोस अवस्था प्रतिक्रिया, उच्च ऊर्जा बॉल मिलिंग और दोनों का संयोजन। अध्ययन में 2.2 MPa m1/2 से 3.0 MPa m1/2 के उच्च-ऊर्जा बॉल मिलिंग चरण के बिना तैयार किए गए नमूनों में उच्च फ्रैक्चर क्रूरता पाई गई, जो कि 2.7 MPa m1/2 से 4.1 MPa m1/2 की बॉल मिलिंग के साथ तैयार किए गए नमूनों के विपरीत थी। 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 पारंपरिक रूप से XYZ और X2YZ की रचना के बारे में सोचा गया था, 2015 के बाद प्रकाशित अध्ययनों ने XY0.8Z और X1.5YZ जैसे एटिपिकल रचनाओं में हेस्लर यौगिकों की खोज की और विश्वसनीय रूप से भविष्यवाणी की है। इन त्रैमासिक रचनाओं के अलावा, चतुर्धातुक हेस्लर रचनाओं को डबल हाफ-हेस्लर X2YY'Z2 (जैसे Ti2FeNiSb2) और ट्रिपल हाफ-हेस्लर X2YY'Z2 (उदाहरण के लिए Mg2VNi3Sb3) भी खोजा गया है। ये "ऑफ-स्टॉइचियोमेट्रिक" (अर्थात, प्रसिद्ध XYZ और X2YZ रचनाओं से भिन्न) हेस्लर ज्यादातर कम तापमान T = 0 K सीमा में अर्धचालक होते हैं। इन यौगिकों के स्थिर संघटन 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-स्टॉइकियोमेट्रिक हेस्लर्स में परमाणु पैमाने पर बड़ी मात्रा में दोष उन्हें बहुत कम तापीय चालकता प्राप्त करने में मदद करते हैं और उन्हें थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल बनाते हैं।  X1.5YZ सेमीकंडक्टिंग संरचना संरचना में एक दोहरी भूमिका (इलेक्ट्रॉन दाता के साथ-साथ स्वीकर्ता) निभाते हुए संक्रमण धातु X द्वारा स्थिर 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