बिस्मथ फेराइट

लोहे के विस्मुट एलोट्रोप्स#अल्फा आयरन (α-Fe) (BiFeO3, जिसे आमतौर पर सामग्री विज्ञान में बीएफओ के रूप में भी जाना जाता है) एक अकार्बनिक रासायनिक यौगिक है जिसमें पेरोसाइट संरचना होती है और सबसे आशाजनक multiferroic सामग्री में से एक है। BiFeO का कमरे के तापमान का चरण (पदार्थ)।3 अंतरिक्ष समूह R3c से संबंधित rhombohedral के रूप में वर्गीकृत किया गया है। यह विकट में रासायनिक संश्लेषण है: बल्क और पतली फिल्म के रूप में और इसके  प्रति-लौहचुंबकीय  (जी टाइप ऑर्डरिंग) नील तापमान (लगभग 653 K) और फेरोइलेक्ट्रिक क्यूरी तापमान दोनों कमरे के तापमान (लगभग 1100K) से काफी ऊपर हैं।  फेरोइलेक्ट्रिक डाइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण स्यूडोक्यूबिक दिशा के साथ होता है ($$\langle 111\rangle_c$$) 90–95 μC/cm परिमाण के साथ 2।

नमूना तैयार करना
बिस्मथ फेराइट स्वाभाविक रूप से होने वाला खनिज नहीं है और यौगिक प्राप्त करने के लिए कई संश्लेषण मार्ग विकसित किए गए हैं।

ठोस अवस्था संश्लेषण
ठोस अवस्था प्रतिक्रिया विधि में बिस्मथ ऑक्साइड (बी2O3) और आयरन ऑक्साइड (Fe2O3) 1:1 मोल (यूनिट) अनुपात में एक मोर्टार (कटोरा)बाउल) या बॉल मिलिंग के साथ मिलाया जाता है और फिर ऊंचे तापमान पर निकाल दिया जाता है। शुद्ध रससमीकरणमितीय BiFeO की तैयारी3 फायरिंग के दौरान बिस्मथ की अस्थिरता (रसायन विज्ञान) के कारण चुनौतीपूर्ण है जो स्थिर माध्यमिक बीआई के गठन की ओर जाता है25फेहे39 (सेलेनाइट (खनिज)) और द्वि2फ़े4O9 (मुलाइट) चरण। आमतौर पर 800 से 880 सेल्सियस का फायरिंग तापमान 5 से 60 मिनट के लिए तेजी से ठंडा होने के साथ उपयोग किया जाता है। अतिरिक्त द्वि2O3 बिस्मथ अस्थिरता की भरपाई करने और बीआई के गठन से बचने के लिए भी एक उपाय का उपयोग किया गया है2फ़े4O9 अवस्था।

एकल क्रिस्टल विकास
बिस्मथ फेराइट असंगत रूप से पिघलता है, लेकिन इसे बिस्मथ ऑक्साइड समृद्ध प्रवाह से उगाया जा सकता है (उदाहरण के लिए द्वि का 4:1:1 मिश्रण2O3, फे2O3 और बी2O3 लगभग 750-800 सेल्सियस पर)। बिस्मुथ फेराइट के फेरोइलेक्ट्रिक, एंटीफेरोमैग्नेटिज्म और मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव गुणों का अध्ययन करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल महत्वपूर्ण रहे हैं।

रासायनिक मार्ग
सोल-जेल रसायन विज्ञान  पर आधारित गीले रासायनिक संश्लेषण मार्ग, संशोधित पेचीनी मार्ग, हाइड्रोथर्मल संश्लेषण चरण शुद्ध BiFeO तैयार करने के लिए संश्लेषण और वर्षा का उपयोग किया गया है3. रासायनिक मार्गों का लाभ अग्रदूतों की संरचनागत एकरूपता है और बहुत कम तापमान की आवश्यकता के कारण बिस्मथ का कम नुकसान है। सोल-जेल मार्गों में, कार्बनिक अवशेषों को हटाने और बिस्मथ फेराइट पेरोसाइट चरण के क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देने के लिए एक अनाकार अग्रदूत को 300-600 सेल्सियस पर कैलक्लाइंड किया जाता है, जबकि नुकसान यह है कि घने पॉलीक्रिस्टल बनाने के लिए परिणामी पाउडर को उच्च तापमान पर सिंटरिंग किया जाना चाहिए।.

समाधान दहन प्रतिक्रिया एक कम लागत वाली विधि है जिसका उपयोग झरझरा BiFeO को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है3. इस विधि में, रिडॉक्स  | रिडक्शन-ऑक्सीकरण (रेडऑक्स) प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए एक कम करने वाले एजेंट (जैसे ग्लाइसिन, साइट्रिक एसिड, यूरिया, आदि) और एक ऑक्सीकरण एजेंट (नाइट्रेट आयन, नाइट्रिक एसिड, आदि) का उपयोग किया जाता है। लौ की उपस्थिति, और फलस्वरूप मिश्रण का तापमान, उपयोग किए गए ऑक्सीकरण / कम करने वाले एजेंटों के अनुपात पर निर्भर करता है। मध्यवर्ती के रूप में उत्पन्न बिस्मथ ऑक्सो-नाइट्रेट को विघटित करने के लिए कभी-कभी 600 डिग्री सेल्सियस तक एनीलिंग की आवश्यकता होती है। चूंकि इस अर्धचालक सामग्री में Fe धनायन की सामग्री, Mössbauer स्पेक्ट्रोस्कोपी | Mӧssbauer स्पेक्ट्रोस्कोपी चरण में अनुचुंबकत्व घटक की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक उचित तकनीक है।

पतली फिल्म
2003 में बिस्मथ फेराइट की उच्च गुणवत्ता वाली epitaxial पतली फिल्मों के विद्युत और चुंबकीय गुण रिपोर्ट किए गए बिस्मथ फेराइट के लिए वैज्ञानिक रुचि को पुनर्जीवित किया। एपिटैक्सियल पतली फिल्मों का बड़ा फायदा है कि उनके गुणों को प्रसंस्करण द्वारा ट्यून किया जा सकता है या रासायनिक डोपिंग, और यह कि उन्हें इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी में एकीकृत किया जा सकता है। बिस्मथ फेराइट की तुलना में अलग-अलग जाली स्थिरांक के साथ एकल क्रिस्टलीय सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) द्वारा प्रेरित एपिटैक्सियल स्ट्रेन (रसायन विज्ञान) का उपयोग क्रिस्टल संरचना को monoclinic  या  चौकोर  समरूपता में बदलने और फेरोइलेक्ट्रिक,  piezoelectric  या चुंबकीय गुणों को बदलने के लिए किया जा सकता है। स्पंदित लेजर जमाव (PLD) एपिटैक्सियल BiFeO लिए एक बहुत ही सामान्य मार्ग है3 फिल्म्स, और SrTiO3 SrRuO साथ सबस्ट्रेट्स3 इलेक्ट्रोड आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। स्पटरिंग, आणविक-बीम एपिटॉक्सी (एमबीई), धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD), परमाणु परत जमाव (ALD), और रासायनिक घोल जमाव एपिटैक्सियल बिस्मथ फेराइट पतली फिल्म तैयार करने के अन्य तरीके हैं। इसके चुंबकीय और विद्युत गुणों के अलावा बिस्मुथ फेराइट में फोटोवोल्टिक गुण भी होते हैं जिन्हें फेरोइलेक्ट्रिक फोटोवोल्टिक (एफपीवी) प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

अनुप्रयोग
एक कमरे के तापमान की बहुलौहिक सामग्री होने के नाते और इसके फेरोइलेक्ट्रिक फोटोवोल्टिक (FPV) प्रभाव के कारण, बिस्मथ फेराइट में चुंबकत्व, spintronics, फोटोवोल्टिक आदि के क्षेत्र में कई अनुप्रयोग हैं।

फोटोवोल्टिक्स
एफपीवी प्रभाव में, रोशनी के तहत फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री में एक फोटोक्रेक्ट उत्पन्न होता है और इसकी दिशा उस सामग्री के फेरोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण पर निर्भर होती है। FPV प्रभाव में पारंपरिक फोटोवोल्टिक उपकरणों के विकल्प के रूप में एक आशाजनक क्षमता है। लेकिन मुख्य बाधा यह है कि लिथियम नाइओबेट | LiNbO जैसी फेरोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में बहुत कम photocurrent उत्पन्न होता है3, जो इसके बड़े बैंडगैप और कम कंडक्टिविटी के कारण है। इस दिशा में बिस्मुथ फेराइट ने एक बड़े फोटोकरंट प्रभाव और बैंडगैप वोल्टेज के ऊपर एक बड़ी क्षमता दिखाई है इस सामग्री में रोशनी के तहत मनाया जाता है। फोटोवोल्टिक सामग्री के रूप में बिस्मथ फेराइट का उपयोग करने वाले अधिकांश कार्यों को इसकी पतली फिल्म के रूप में रिपोर्ट किया गया है, लेकिन कुछ रिपोर्टों में शोधकर्ताओं ने पॉलिमर, ग्राफीन और अन्य अर्धचालकों जैसी अन्य सामग्रियों के साथ एक बाइलेयर संरचना का गठन किया है। एक रिपोर्ट में दो ऑक्साइड आधारित वाहक परिवहन परतों के साथ बिस्मथ फेराइट नैनोकणों  के साथ पिन heterojunction का गठन किया गया है। इस तरह के प्रयासों के बावजूद बिस्मथ फेराइट से प्राप्त शक्ति रूपांतरण दक्षता अभी भी बहुत कम है।

संदर्भ
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.05.106