रूथेनियम (आरयू) - कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेटिक गुणों वाला चौथा तत्व

रूथेनियम (आरयू) - कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेटिक गुणों वाला चौथा तत्व



हम स्कूल बेंच से आवर्त सारणी से परिचित हैं। अनुसंधान और अनुसंधान के वर्षों में, नए तत्व इसमें दिखाई देते हैं। लेकिन जिन लोगों ने लंबे समय से तालिका में अपने सम्मान का स्थान लिया है, वे कुछ नया प्रदर्शित कर सकते हैं। मिनेसोटा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने यह साबित करने में कामयाब रहे कि रासायनिक तत्व संख्या 44 - रूथेनियम - में बहुत उल्लेखनीय चुंबकीय गुण हैं। विज्ञान और प्रौद्योगिकी की दुनिया के लिए यह खोज कितनी महत्वपूर्ण है? आपने पहले से ज्ञात तत्व के छिपे हुए गुणों की खोज कैसे की? और इन खोजों को शुरू में क्यों आयोजित किया गया था? हम इन सवालों के जवाब खोजने की कोशिश करेंगे। चलो चलते हैं।

आरयू क्या है?

सबसे पहले, यह इस घटना के मुख्य नायक को जानने के लायक है, रूथेनियम। यह परमाणु संख्या 44 के साथ पांचवें अवधि के आठवें समूह का एक तत्व है। यह तथाकथित संक्रमण धातु है। ऐसे तत्वों के परमाणुओं में, इलेक्ट्रान f और d ऑर्बिटल्स * पर दिखाई देते हैं।

परमाणु कक्षीय * एक एक इलेक्ट्रॉन पीएसआई-फ़ंक्शन है (क्वांटम यांत्रिकी में एक प्रणाली की शुद्ध स्थिति का वर्णन करता है), एक विशिष्ट परमाणु के लिए श्रोडिंगर समीकरण को हल करने के परिणामस्वरूप प्राप्त किया जाता है।

छवि f (हरा) और d (नीला) ऑर्बिटल्स के स्थान में आकार और स्थान दिखाती है

ऑर्बिटल्स के बारे में बात करते समय, अक्षरों का उपयोग किया जाता है जो ऑर्बिटल क्वांटम संख्या के एक निश्चित मूल्य के अनुरूप होते हैं, जो इलेक्ट्रॉन के गतिज (कक्षीय) क्षण को निर्धारित करता है।

काइनेटिक (कक्षीय) क्षण * - एक मात्रा जो घूर्णी गति का वर्णन करती है, अर्थात्, इस तरह की बारीकियों का एक संयोजन: घूर्णन शरीर का द्रव्यमान, रोटेशन की धुरी के सापेक्ष बड़े पैमाने पर वितरण, रोटेशन की गति।

पहली बार, दुनिया ने 1844 में काज़ेन यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर, कार्ल क्लॉज़ के लिए धन्यवाद से रूथेनियम के अस्तित्व के बारे में सीखा। इस तत्व का नाम बहुत देशभक्ति है, क्योंकि शब्द " रूथेनिया ", एक आधार के रूप में लिया गया है, जिसका अनुवाद लैटिन से " रूस " या " रूस " के रूप में किया गया है।

रूथेनियम प्राप्त करने के लिए, * प्लैटिनम या अन्य प्लैटिनम धातुओं को परिष्कृत करना आवश्यक है।

शोधन * - अशुद्धियों से भारी धातुओं की शुद्धि। प्लैटिनम के मामले में, यह खनिज एसिड में भंग करके और अभिकर्मकों का उपयोग करके समाधान से अलग करके शुद्धिकरण है।

रूथेनियम के बारे में क्या नया है?

यह तथ्य कि कुछ पदार्थों में चुंबकीय, या फेरोमैग्नेटिक गुण होते हैं, मानव जाति लंबे समय से जानती है। अंतिम क्षण तक, आवर्त सारणी से केवल 3 तत्व ज्ञात थे, जिन्हें कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेट्स: निकेल (नी), लोहा (Fe) और कोबाल्ट (Co) कहा जाता है।

हालांकि, नए शोध से पता चला है कि यह छोटी सूची थोड़ी लंबी हो जाएगी। रुथेनियम ने कमरे के तापमान पर 148 एमु / सेमी ^-3 के चुंबकत्व की संतृप्ति और 10 के (-263.15 डिग्री सेल्सियस) पर 160 एमु / सेमी ^-3 का प्रदर्शन किया। यह भी पता चला कि रूथेनियम परीक्षण फिल्म की बढ़ती मोटाई के साथ ये चुंबकीय गुण बदलने लगते हैं। फिल्म जितनी मोटी होगी, उतना ही कमजोर मैग्नेटाइजेशन।

अनुसंधान के लिए नमूने बनाना

रूथेनियम फिल्मों 2.5, 6, और 12 एनएम मोटी को मोलिब्डेनम (मो) 20 एनएम मोटी की एक अतिरिक्त परत के साथ (1120) दिशा में एक अल ₂ ओ ₃ सब्सट्रेट पर उगाया गया था। प्रत्येक बिंदु पर 10 ^-8 टॉर के दबाव में अल्ट्राहैग वैक्यूम के तहत 8 बिंदुओं पर छिड़काव प्रक्रिया की गई।

टोर्र * - माप की इकाई का दूसरा नाम है "पारा का मिलीमीटर।" इतालवी गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी इवेंजेलिस्ता टोर्रिकेली के सम्मान में उनका नाम मिला।

एक 2.5 एनएम मोटी नमूना कमरे के तापमान पर उगाया गया था। और नमूने 6 और 12 एनएम मोटी annealing के दौरान 400 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया गया।

नमूनों का क्रिस्टलोग्राफी

कमरे के तापमान पर एक मोलिब्डेनम (20 एनएम) और रूथेनियम (2.5 एनएम) परत उगाए जाने के बाद, एक नियंत्रण नमूना बनाया गया था। इसके अलावा, एक अतिरिक्त नियंत्रण नमूने के रूप में, 400 ° के तापमान पर, मोटाई में 20 एनएम के मोलिब्डेनम की एक (110) परत को अल ₂ ओ ₃ सब्सट्रेट पर बनाया गया था, लेकिन पहले से ही रूथेनियम के बिना।



ऊपर की छवि ( 1 ए ) विमानों के क्रिस्टलोग्राफिक परिवारों (110) अल ₂ ओ ₃ // (110) मो // (011) आरयू के एपिटॉक्सी को प्रदर्शित करती है। नमूना 360 ° घूमकर एक्स-रे विवर्तन (XRD) द्वारा एपिटैक्सियल * बंधन की पुष्टि की गई थी।

एपिटॉक्सी * - एक क्रिस्टलीय सामग्री का विकास दूसरे तापमान पर कम तापमान पर।

छवि 1 बी में , (110) अल ₂ ओ ₃ विमानों की 4-गुना समरूपता स्पष्ट रूप से दिखाई देती है, और (001) सब्सट्रेट विमान से 35 डिग्री से मोलिब्डेनम के क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास का एक रोटेशन भी नोट किया गया है।



ग्राफ़ 1 सी सभी चार नमूनों के लिए 1 - 2raction विवर्तन स्कैनिंग के परिणाम दिखाता है।

कमरे के तापमान पर उगाए गए एक नमूने में बनावट के कोई संकेत नहीं थे। लेकिन ४०० ° पर नमूनों २.५, ६, और १२ एनएम मोटी (११०) मोलिब्डेनम के मजबूत बनावट को दिखाया।



इस सेट में अंतिम ग्राफ - 1d - बनावट नमूनों के एक्स-रे परावर्तन को दर्शाता है। प्रत्येक नमूने के लिए खुरदरापन की डिग्री का पता चला: एक नमूने के लिए 0.21 एनएम 2.5 एनएम मोटी, 0.13 6 एनएम के लिए और 0.21 6 एनएम मोटी के लिए।


PREM स्नैपशॉट्स

PREM (ट्रांसमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) द्वारा प्राप्त छवियों में मोलिब्डेनम और रूथेनियम की परतों की एक मजबूत बनावट दिखाई दी। रूथेनियम एपिटॉक्सी की विकृति भी नोट की गई है, जो (110) विमानों की शिफ्ट के रूप में खुद को प्रकट करती है। शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह विकृति (001) मोलिब्डेनम और (100) रुथियम की असंगति के कारण है।

चुंबकीय गुण

एक कंपन मैग्नेटोमीटर * का उपयोग करते हुए, हिस्टैरिसीस लूप * (एमएच) 2.5, 6 और 12 एनएम की मोटाई के साथ उच्च तापमान पर उगाए गए रूथेनियम फिल्मों के लिए मापा गया था। माप 10 K और 300 K के तापमान पर किए गए थे।

कंपन मैग्नेटोमीटर * विभिन्न चुंबकीय सामग्री के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने के लिए एक अत्यधिक संवेदनशील उपकरण है।

एक कंपन मैग्नेटोमीटर का उपयोग करके माप की योजना।

हिस्टैरिसीस लूप * एक वक्र है जो बाहरी क्षेत्र की ताकत पर चुंबकीयकरण की निर्भरता के पाठ्यक्रम को दर्शाता है। लूप क्षेत्र मैग्नेटाइजेशन रिवर्सल के लिए आवश्यक बलों को प्रदर्शित करता है।

एक नमूना 2.5 एनएम मोटी के लिए, माप में स्पष्ट फेरोमैग्नेटिक गुण दिखाई दिए। 10 K के तापमान पर M _s 160 emu / cm ^{-3 था} , और 300 K - 148 emu / cm ^{-3 के} तापमान पर। चूंकि एम _एस की गणना इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए की गई थी कि रूथेनियम फिल्म का पूरा क्षेत्र चुंबकीय है, इसलिए फिल्म की मोटाई और चुंबकत्व बल के बीच संबंध सामने आया था। फिल्म जितनी मोटी होगी, उतना ही कमजोर मैग्नेटाइजेशन।

नमूना उप \ Mo (20) \ Ru (X)	2.5 एनएम	6 एनएम	12 एनएम	नियंत्रण नमूना	सभी नमूनों में कुल
निर्मित	5	5	2	5	12
एफएम	4	5	2	0	11
एफएम एम बनाम। एच	30	21	4	5	55

माप कंपन मैग्नेटोमीटर:

• निर्मित - किए गए नमूनों की संख्या;
• एफएम - फेरोमैग्नेटिक गुणों को दिखाने वाले नमूनों की संख्या;
• एफएम एम बनाम। H हिस्टैरिसीस लूप्स की संख्या है।

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, नमूने 2.5 एनएम और 6 एनएम मोटी समान परिणाम दिखाते हैं। इसके आधार पर, इन नमूनों के औसत चुम्बकीय मूल्य की गणना की गई (गणना में इन मोटाई के सभी नमूनों को ध्यान में रखा गया था) - 141 एमु / सेमी ^-3 । सभी नमूनों के लिए जबरदस्ती बल का अनुमानित मूल्य 130 Oe (kA / m) था।

जबरदस्ती बल * एक चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति का एक संकेतक है जो कि फेरोमैग्नेटिक पदार्थ (या फेरिमैग्नेटिक) के पूर्ण विघटन के लिए आवश्यक है।

नमूनों के संभावित "संदूषण" को बाहर करना भी आवश्यक था, अर्थात, नमूने पर किसी चीज के बाहरी प्रभाव की संभावना, जो माप संकेतकों को विकृत कर सकती है। सबसे पहले, इसके लिए नमूना धारक की जाँच की गई (माप उपकरण का वह भाग जहाँ नमूना फिक्सिंग के लिए रखा गया है)। प्रत्येक नमूने के प्रत्येक माप के बाद, एक पैरामैग्नेटिक सिग्नल की उपस्थिति के लिए धारक की जांच की गई थी। और परीक्षण के परिणामों को और अधिक परिष्कृत करने के लिए, नमूनों का माप अन्य धारकों का उपयोग करके दोहराया गया था।

इस तथ्य की पुष्टि करने के लिए कि एक और परीक्षण के लिए क्रिस्टलोग्राफी के नमूने लिए गए थे, इस तथ्य की पुष्टि करने के लिए कि बनावटयुक्त रूथेनियम परत फेरोमैग्नेटिक विशेषताओं के प्रकटीकरण के लिए जिम्मेदार है। शोधकर्ताओं के लिए सौभाग्य से यह परीक्षण भी सफल रहा।

400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर अल ₂ ओ ₃ पर उगाए गए मोलिब्डेनम का एक बनावट का नमूना भी रूथेनियम परत को लागू किए बिना परीक्षण किया गया था और इसमें कोई फेरोमैग्नेटिक गुण नहीं दिखाया गया था। इस प्रकार, संदेह को एक तरफ रखा गया कि मोलिब्डेनम या गर्मी उपचार प्रक्रिया किसी भी तरह से परीक्षण के नमूनों को "दूषित" कर सकती है, वास्तविक मापों को विकृत कर सकती है।

कमरे के तापमान पर स्विच करते समय संकेतकों को मापने के लिए, 6 एनएम मोटी नमूना का उपयोग किया गया था। इस माप का आधार हॉल प्रतिरोध * था , जिसे बाहरी क्षेत्र (हर्ट्ज) के कार्य के रूप में व्यक्त किया गया था। इसके लिए, वैन डेर पौव * विधि का इस्तेमाल किया गया था ।

हॉल प्रभाव * - एक चुंबकीय क्षेत्र में प्रत्यक्ष प्रवाह के साथ एक कंडक्टर रखने पर एक अनुप्रस्थ संभावित अंतर की उपस्थिति की घटना।

वैन डेर पौव विधि * हॉल गुणांक को मापने के लिए चार-जांच विधि है। इसे लागू करना बहुत मुश्किल है, क्योंकि इसके आवेदन के लिए कुछ शर्तों को लागू किया जाना चाहिए:

• नमूना मोटाई में सपाट और समान होना चाहिए, जो इसकी चौड़ाई और लंबाई से कम होना चाहिए;
• नमूना समरूप होना चाहिए (रचना में एक समान);
• नमूना समस्थानिक होना चाहिए (पूरे क्षेत्र में, इसके भौतिक गुण समान होने चाहिए);
• सभी ओमिक संपर्क (धातु और अर्धचालक के बीच) नमूने के किनारों पर स्थित होना चाहिए (या जितना संभव हो उतना करीब);
• प्रत्येक संपर्क का क्षेत्र नमूना के कुल क्षेत्र से छोटा परिमाण का क्रम होना चाहिए।

यह चार्ट बहुत ही सांकेतिक है। हम मैग्नेटोरसिस्टेंस (आर _हॉल ) और टेक्सचर्ड (ब्लू लाइन) और नॉन टेक्सचर्ड (ब्लैक लाइन) मो / रु फिल्मों के लिए हॉल इफेक्ट (एच) देखते हैं। अल ₂ ओ ₃ / मो / आरयू का एक नमूना, जिसमें एक क्रिस्टलोग्राफिक बनावट नहीं है, केवल साधारण हॉल प्रभाव को प्रदर्शित करता है। हालांकि, बनावट वाला नमूना सामान्य से परे एक विषम हॉल प्रभाव प्रदर्शित करता है। यह देखते हुए कि इस नमूने में एक लंबवत अक्ष नहीं है, जैसे ही फ़ील्ड 4πM _s , जहां M _s लगभग ~ 318 एमु / सेमी ^{-3 के} बराबर होता _है , को संतृप्त करने के लिए नेतृत्व करने के लिए पर्याप्त मजबूत होता है, प्रतिरोध बदल जाता है।

शोधकर्ताओं की खोज और भविष्य की योजनाएं

वैज्ञानिकों ने लंबे समय तक श्रमसाध्य कार्य करने में 2 साल का समय लिया, जिसके परिणामस्वरूप यह प्रमाण मिला कि दुनिया में कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेटिक गुणों वाले केवल तीन तत्व नहीं हैं।

यहाँ क्या है प्रोफेसर वांग, इस बारे में परियोजना प्रबंधकों में से एक का कहना है:

यह रोमांचक लेकिन चुनौतीपूर्ण था। इस सामग्री को विकसित करने और इसके गुणों की पुष्टि करने का सही तरीका खोजने में हमें 2 साल लग गए। यह काम चुंबकत्व के अन्य सभी शोधकर्ताओं को अच्छी तरह से ज्ञात तत्वों में चुंबकत्व के मूलभूत पहलुओं की खोज शुरू करने के लिए उकसाएगा।

यह अध्ययन जल्दी से इंटेल में रुचि रखने लगा, जो इसे और विकसित करना चाहता है। और व्यर्थ में नहीं, क्योंकि कई वैज्ञानिक मानते हैं कि परमाणु स्तर पर पदार्थों के गुणों में हेरफेर करने की क्षमता भविष्य की खोजों का एक अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण घटक है जो विशेष रूप से डेटा भंडारण और प्रसंस्करण के क्षेत्र में मानव जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में क्रांति शुरू कर सकता है।

पहले जो केवल एक सिद्धांत था वह आकार लेना शुरू करता है। और यह सब उन वैज्ञानिकों के जिज्ञासु दिमागों की बदौलत होता है जो अपने आस-पास के दुनिया को स्वीकार नहीं करना चाहते हैं क्योंकि इसके पूर्ववर्तियों ने इसका वर्णन किया है। प्रश्न पूछना, सत्य की तलाश में भटकना, अध्ययन करना, जैसे, लंबे समय से अध्ययन किया गया है - परिणाम प्राप्त करने का एकमात्र तरीका। और इस परियोजना के वैज्ञानिक उस तक पहुंचे।

मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप इस लेख के स्रोत और प्रेरणा से खुद को परिचित करें - वैज्ञानिकों द्वारा एक रिपोर्ट

अध्ययन के अतिरिक्त (रेखांकन और तालिकाओं) यहां पाए जा सकते हैं।

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