नियंत्रण और नियंत्रण फिर से: Fe / BaTiO3 में वोल्टेज के कारण चुंबकीय दिशा में परिवर्तन

भौतिक घटनाएं और प्रक्रियाएं हर चीज में मौजूद हैं जो हमें घेर लेती हैं (रासायनिक वाले भी, लेकिन आज उनके बारे में नहीं)। कंप्यूटर पर बैठो - भौतिकी, बर्डी में खिड़की देखो - भौतिकी, मांस को आग पर काबू कर लिया, और यह कोयले में बदल गया, यह भी भौतिकी है। ब्रह्मांड में सबसे छोटी वस्तुओं के लिए, हर जगह भौतिकी के विभिन्न अभिव्यक्तियाँ हैं - गुण, विशेषताएं, घटनाएं और प्रक्रियाएं। और इतने सारे वैज्ञानिक क्या चाहते हैं, जो एक प्रक्रिया के बारे में लगभग सब कुछ जानना चाहते हैं? बेशक, नियंत्रण। भौतिक प्रक्रियाओं का नियंत्रण बहुत सारे उपयोगी प्लस दे सकता है, लेकिन इस नियंत्रण की उपलब्धि एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है, जो अक्सर किसी ऐसी चीज से जुड़ी होती है जो पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है। आज हम एक अध्ययन पर विचार करेंगे जिसमें वैज्ञानिकों के एक समूह ने मैग्नेटोइलेक्ट्रिक (एमई) प्रभाव की क्षमताओं का प्रदर्शन करने का फैसला किया, या बल्कि कमरे के तापमान पर एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से चुंबकीय अभिविन्यास और आदेश पर नियंत्रण हासिल करने का तरीका बताया। यह वास्तव में कैसे महसूस किया जाता है, इससे क्या प्राप्त होता है और क्या संभावनाएं हैं? हमेशा की तरह, जवाब, अनुसंधान समूह की रिपोर्ट में हमारी प्रतीक्षा करें। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

जैसा कि पहले से ही प्रस्तावना में उल्लेख किया गया है, इस अध्ययन में सब कुछ और सब कुछ मैग्नेटोइलेक्ट्रिक (एमई) प्रभाव पर आधारित है। तो क्या है? एमई प्रभाव चुंबकत्व और विद्युत क्षेत्र के बीच का संबंध है - बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत ध्रुवीकरण या बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चुंबकीयकरण। एक दूसरे को पुष्ट करता है। दिलचस्प बात है, लेकिन तापमान के मामले में बहुत picky है। एमई प्रभाव वाली अधिकांश एकल-क्रिस्टल सामग्री में, क्यूरी तापमान काफी कम है, अर्थात यह प्रभाव केवल कमरे के तापमान की तुलना में काफी कम तापमान पर प्रकट होता है। और यह बहुत सारी उपयोगिता के बावजूद ME प्रभाव के व्यावहारिक अनुप्रयोग को सीमित करता है।

इस कष्टप्रद दोष को एक पदार्थ से नहीं, बल्कि एक पदार्थ से मिलकर, लेकिन कई में से समग्र, फेराइट और पीज़ोइलेक्ट्रिक्स से अधिक सटीक रूप से उपयोग करके ठीक किया जा सकता है। किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र के लिए चुंबकीय दृष्टि से फेराइट बहुत संवेदनशील होते हैं।

शोधकर्ता स्वयं इस फर्स्टहैंड को जानते हैं और फेरोमैग्नेटिक फ़े (लौह) और बाटियो ₃ (बेरियम टिटानैट, बीटीओ) के एक सम्मिश्रण का उदाहरण देते हैं, जो कि फेरोइलेक्ट्रिक और फेरोलैस्टिक (एससी) दोनों है।

फेरोइलेक्ट्रिकिटी (या फेरोइलेक्ट्रिसिटी) * एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के बिना भी एक निश्चित तापमान पर एक क्रिस्टल में सहज ध्रुवीकरण की घटना है।

और फेरोलैस्टिक को एकल-क्रिस्टल पदार्थ कहा जाता है, जिसका क्रिस्टल जाली घटते तापमान और चरण संक्रमण के साथ अनायास ख़राब हो सकता है।

इसके अलावा, शोधकर्ता केवल एक पूरे के रूप में पूरे हेट्रोस्ट्रक्चर पर नियंत्रण हासिल करना चाहते हैं, इसलिए बोलने के लिए, लेकिन व्यक्तिगत नैनोस्ट्रक्चर और नैनोकणों पर। और यह सुपर-पैरामैग्नेटिक नी नैनोपार्टिकल्स के विद्युत क्षेत्र पर नियंत्रण के एक हालिया अध्ययन में उपयोगी हो सकता है, क्योंकि यह एक चर वोल्टेज के मैग्नेटोलेस्टिक अनिसोट्रॉपी को प्रभावित करके नैनोमीटर पैमाने पर चुंबकत्व को हेरफेर करने की अनुमति देता है।

इस काम में, वैज्ञानिकों ने एक बैटीओ ₃ सब्सट्रेट (5x5 मिमी, 0.5 मिमी मोटी) पर उगाए जाने वाले फ़े नैनोसिस्टेरलाइन फिल्म के चुंबकीय डोमेन संरचनाओं का विश्लेषण करके एमई प्रभाव का अधिक विस्तार से अध्ययन करने का निर्णय लिया। वैज्ञानिकों के अनुसार, वे यह साबित करने में सक्षम थे कि सुपरपैरामैग्नेटिक कण कमरे के तापमान पर एक सुपरफेरोमैग्नेटिक स्टेट के गुणों का प्रदर्शन कर सकते हैं, और यह मैग्नेटोएलेस्टिक अनिसोट्रॉपी पर एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के कारण है।

कमरे के तापमान पर, BTO क्रिस्टल जाली tetragonal है (c = 4. 036 BT, a = b = 3.992 BT)। एक फे क्रिस्टल का ध्रुवीकरण हमेशा सी अक्ष के साथ निर्देशित होता है। इसके अलावा, FE डोमेन a1-a2 डोमेन के साथ जिसमें ध्रुवीकरण और टेट्रागोनल लैटिस की दिशाएं सब्सट्रेट के सापेक्ष दो ऑर्थोगोनल दिशाओं के बीच वैकल्पिक होती हैं, और डोमेन दीवारों के साथ [110] _पीसी कोएक्सिस्ट क्षेत्रों के साथ ₁ - c और एक ₂ - c इंट्रा-प्लेन / एक्स्ट्रा-प्लेन ध्रुवीकरण के साथ। और डोमेन दीवारें [100] _पीसी और [010] _{पीसी के साथ} ।

Length लंबाई की माप की एक इकाई है (हमारे मामले में, मोटाई में), 1 − = 10 ^m10 मीटर या 0.1 एनएम।

डोमेन ज़ोन ₁ और ₂ लीड लेटिस (c - a) / a में सब्सट्रेट में ही 1.1% uniaxial विरूपण की ओर जाता है, और isotropically विकृत (a = b) के साथ डोमेन ज़ोन।

यह ध्यान देने योग्य है कि Fe फिल्म में मोटाई ढाल का एक क्षेत्र है ("पच्चर", अगर ज्यामिति के दृष्टिकोण से) 30 सुक्ष्ममापी चौड़ा, नमूना को आधे में विभाजित करना। इस खंड में, Fe (t _Fe ) की मोटाई 0.5 से 3 एनएम (नैनोमीटर) [[pc100] _पीसी BTO दिशा के साथ बदलती है। अन्य सभी क्षेत्रों में, Fe की मोटाई अपरिवर्तित है: या तो 0.5 एनएम या 3 एनएम। वैज्ञानिकों ने एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (आरएएस) और एक्स-रे चुंबकीय परिपत्र डाइक्रोइज़्म (आरएमसीडी) का उपयोग करके पच्चर की स्थिति की पुष्टि की है।

एक्स-रे मैग्नेटिक सर्कुलर डाइक्रोइज़म * बाएँ और दाएँ गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश वाले चुंबकीय क्षेत्र में प्राप्त दो पीएसी स्पेक्ट्रा के बीच का अंतर है।

इसके अलावा, नमूना एक अल सुरक्षात्मक फिल्म 3 एनएम मोटी के साथ लेपित था। एक्स-रे फोटोमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके माप के बाद, नमूने की परमाणु संरचना को एक ट्रांसमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा सत्यापित किया गया था।

अनुसंधान के परिणाम

चित्र संख्या 1

ऊपर जो हम देखते हैं उसके बारे में संक्षेप में शुरू करने के लिए। छवियाँ 1 ए और 1 बी क्रमशः एफ़ -रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी छवियां हैं जो एफ एल ₃ और टीआई एल ₂ के किनारों से होती हैं। ये चित्र Fe फिल्म मोटाई की ढाल की पुष्टि करते हैं, बीटीओ ( 1 सी ) से टीआई संकेत को दर्शाते हैं।

क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत घटना एक्स-रे विकिरण की ऊर्जा को स्कैन करना तिवारी एल _2,3 और फे एल _2,3 ( 1 डी ) के स्थानिक स्पेक्ट्रम को प्राप्त करना संभव बनाता है। Fe पच्चर के क्षेत्र पर Ti L2.3 के स्पेक्ट्रम के आकार के संबंध में कोई परिवर्तन नहीं देखा गया। Fe LL _{2,3 के} विपरीत, लोहे की फिल्म की मोटाई के साथ स्पेक्ट्रम का आकार बदल जाता है। इन परिवर्तनों को किनारे ( 1e ) के वर्णक्रमीय क्षेत्र एल ₂ में सबसे अच्छा देखा जाता है, जहां लोहे के ऑक्सीकरण की डिग्री में परिवर्तन स्पेक्ट्रम के आकार को प्रभावित करते हैं।

इस प्रकार, अधिकतम मोटाई (3 माइक्रोन) के साथ Fe फिल्म के हिस्से का स्पेक्ट्रम बल्क Fe के स्पेक्ट्रम के समान है, लेकिन जब फिल्म 0.5 μm के प्रयोगात्मक न्यूनतम तक पतली हो जाती है , तो स्पेक्ट्रम FeO _x विशेषताओं (1 टी पर काले तीर के रूप में चिह्नित) को प्राप्त करता है।

ऐसा अवलोकन मुख्य Fe और BaTiO ₃ परतों के बीच एक मध्यवर्ती FeOx परत की उपस्थिति का व्यावहारिक प्रमाण है, जिसकी मोटाई लगभग 2–3 evidence होनी चाहिए।

Fe ( 1f ) पच्चर के डोमेन ज़ोन के RCDM के चुंबकीय विपरीत छवियों ने FE / BTO डोमेन ज़ोन के चिह्न (प्रभाव) नहीं दिखाए। चुंबकत्व के सिद्धांतों के आधार पर, वैज्ञानिकों ने इसके विपरीत, ऐसे प्रिंटों की अपेक्षा की।

मैग्नेटोस्ट्रिक्शन * - इसके आवर्धन में परिवर्तन के कारण शरीर के आयतन और आकार में परिवर्तन होता है।

इसी समय, वैज्ञानिक ध्यान दें कि इस तरह के प्रिंट की अनुपस्थिति सब्सट्रेट और लोहे की फिल्म के बीच विरूपण के एक मामूली हस्तांतरण की उपस्थिति को बाहर नहीं करती है, अर्थात, 10% से कम में जाली बेमेल।

छवि 1 एफ में भी, हम लोहे की फिल्म की मोटाई में बदलाव के साथ पैरामैग्नेटिक (सफेद रंग) और फेरोमैग्नेटिक स्टेट्स (नीला रंग) के बीच एक स्पष्ट और तेज संक्रमण देखते हैं। एक पंक्ति के साथ Fe ( 1g ) की मोटाई प्रोफ़ाइल के साथ पच्चर के आरसीडीएम प्रोफाइल की तुलना में 13 Å की महत्वपूर्ण फिल्म मोटाई (टी _एफएम ) दिखाई गई, जिस पर एक चुंबकीय राज्य से दूसरे में ऐसा तेज संक्रमण होता है।

और यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि 320 K के तापमान पर, अत्यधिक क्रमबद्ध सुसंगत उपकला फिल्मों में फेरोमैग्नेट की महत्वपूर्ण मोटाई का मूल्य लगभग 1 मोनोआटोमिक परत है। और यह अध्ययन किए गए समग्र के मामले की तुलना में बहुत कम है। तदनुसार, यह t _Fe <t _FM पर सुपरपरमग्नेटिज्म की स्थिति को दर्शाता है, जो कि फेरोमैग्नेट (सिद्धांत रूप में) की मोटाई से अधिक Fe (प्रयोग में) की मोटाई पर है। और यह फिल्म की नैनोक्रिस्टलाइन संरचना के कारण हो सकता है।


चित्र संख्या 2

ऊपर की छवि क्षेत्र के अंधेरे-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी का परिणाम है जिसमें सबसे बड़ी लोहे की फिल्म मोटाई (3 माइक्रोन) है। यहाँ हम आकार में 2-3 एनएम के अनाज (क्रिस्टलीय) के साथ एक नैनोक्रिस्टलाइन संरचना की एक समान Fe परत देखते हैं। इस मामले में, इन अनाजों में से एक की ग्रहों की दूरी 2.86 plan है, जो लोहे के क्रिस्टल जाली के शरीर-केंद्रित समरूपता (समानार्थक) के साथ संबंधित है।


चित्र संख्या 3

और अब सबसे महत्वपूर्ण चीज मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और वोल्टेज पर इसकी निर्भरता है।

वोल्टेज परीक्षणों को शुरू करने से पहले, नमूना पहले 60 K तक ठंडा किया गया था और फिर 320 K तक गर्म किया गया था। इस प्रक्रिया ने लोहे की परत के चुंबकीय डोमेन की प्रारंभिक संरचना को बदल दिया।

चित्र 3a V = 0 V पर RCDM छवि दिखाता है, जो कि नमूने के दिए गए हिस्से पर वोल्टेज प्रभाव की अनुपस्थिति में है। फेरोमैग्नेटिक वेज के गाढ़े क्षेत्र में, चुंबकीय डोमेन (नीली और सफेद धारियां) जिनकी दीवारें [clearly110] _{पीसी के} साथ उन्मुख हैं, स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। इन डोमेन ज़ोन के अंदर चुम्बन की दिशा "जाती है" या तो [010] _पीसी / [0¯10] _पीसी (नए सफेद बैंड) के साथ, या [100] _पीसी (मूल नीले बैंड) के साथ। प्रारंभिक स्थिति के सापेक्ष 90 ° घुमाए गए साइटों के निर्माण के साथ चुंबकीय डोमेन की एक समान संरचना फेरोमेलैसिटी के कारण पूर्वोक्त थर्मल चक्र के साथ या इस चक्र में तापमान अंतर के साथ जुड़ी हो सकती है।

इसके अलावा, नमूना V = +74 V के वोल्टेज के संपर्क में था, जिसने चुंबकीय डोमेन को और अधिक विशिष्ट ( 3 बी ) बना दिया। इस वोल्टेज के एक घंटे के बाद, [100] _पीसी (नीला) या [010] _पीसी / [0 (10] _पीसी (सफेद) दिशा के साथ नए चुंबकीय डोमेन दिखाई दिए। यह चित्र 3 सी में दिखाया गया है। वैज्ञानिकों के अनुसार, [100] _पीसी दिशा में नए डोमेन जोन एक ₁ ac फेरोइलास्टिक दीवारों से मिलते जुलते हैं। इसका मतलब यह है कि बीटीओ सब्सट्रेट को ^वी ₁ माइक्रोन ^वी फेरोलेस्टिक (एससी) में बदल दिया गया था।

3 डी छवि 170 V के वोल्टेज पर पहले से ही सभी चुंबकीय डोमेन क्षेत्रों को दिखाती है। प्रत्येक क्षेत्र को चुंबकीय दिशा के आधार पर एक लैटिन पत्र के साथ चिह्नित किया गया था:

α - [010] _पीसी / [0 --10] _पीसी (सफेद क्षेत्र);
] - [100] _पीसी (नीला क्षेत्र);
where वह क्षेत्र है जहां पूर्व फेरोएलास्टिक डोमेन के चिह्न एक ^टी ₁ Ta ^टी ₂ संरक्षित हैं।

वोल्टेज में वृद्धि ने डोमेन ज़ोन की स्थिति को गति और विनिमय के लिए प्रेरित किया। सैद्धांतिक रूप से, कई अलग-अलग चुंबकीय डोमेन क्षेत्रों का यह सह-अस्तित्व समझ में आता है, लेकिन व्यवहार में यह पहली बार प्रदर्शित किया गया था।

वैज्ञानिकों ने लौह फिल्म की मोटाई के ढाल पर [100] _पीसी अक्ष के साथ चुंबकीय डोमेन की कोई विशेष निर्भरता नहीं देखी। लेकिन एक ही समय में, वे ध्यान दें कि वोल्टेज के प्रभाव ने Fe की न्यूनतम मोटाई (क्षेत्रों में,) के करीब फेरोमैग्नेटिक गुणों में वृद्धि का नेतृत्व किया।

इसके अलावा, +170 V से -170 V तक वोल्टेज के साथ एक संपर्क किया गया, जिसने carried क्षेत्रों के बारे में वैज्ञानिकों के उपरोक्त कथन की पुष्टि की।


चित्र संख्या 4

यदि हम 3 डी और 4 ए की छवियों की तुलना करते हैं, तो हम इन क्षेत्रों में परिवर्तन (विस्तार, और फिर संकीर्ण) देख सकते हैं। यह समय के साथ होने वाली पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री में विरूपण से छूट के साथ जुड़ा हुआ है। केवल Fe परत के वे क्षेत्र अपरिवर्तित रहे जहाँ BTO डोमेन को हाल ही में रूपांतरित किया गया था। चित्र 4 बी और 4 सी , [100] _{पीसी के} साथ धराशायी लाइनें दिखाते हैं, जो उन क्षेत्रों को इंगित करते हैं जहां α से _c तक संक्रमण हुआ।

ग्राफ 4d फेरोमैग्नेटिक क्षेत्रों की सीमा के विश्लेषण के परिणामों को दर्शाता है। हम देखते हैं कि लंबी दूरी के चुंबकीय क्रम का विकास 1.3 माइक्रोन [100] _{पीसी के साथ होता है} ।

लंबी दूरी के चुंबकीय क्रम * - परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों के उन्मुखीकरण का क्रम, अंतर से अधिक दूरी पर फैली हुई।

अध्ययन की बारीकियों और विवरण के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप अनुसंधान समूह की रिपोर्ट देखें ।

उपसंहार

इस प्रयोग से जो सबसे बुनियादी निष्कर्ष निकाला जा सकता है वह यह है कि Fe परत के संकरे क्षेत्रों के लिए फेरोमैग्नेटिज्म का स्थानीय विस्तार नमूने पर एक निश्चित वोल्टेज के नियंत्रित क्रिया के माध्यम से संभव है। वैज्ञानिकों ने इस प्रक्रिया को लोहे के क्रिस्टल से जुड़े चुंबकीय अनिसोट्रॉपी के मैग्नेटोइलास्टिक संशोधन के लिए जिम्मेदार ठहराया है, जो बदले में कमरे के तापमान पर एक सुपरपरमैग्नेटिक / सुपरफेरोमैग्नेटिक संक्रमण की उपस्थिति की ओर जाता है।

इस अध्ययन ने हमें यह समझने में एक कदम और बढ़ाया कि फेरोमैग्नेटिक डोमेन के आकार को नियंत्रित करते हुए, एक ही क्षेत्र में चुंबकीय क्रम को कैसे नियंत्रित किया जा सकता है, इसे FE डोमेन के आकार को कम करते हुए, एकल क्रिस्टल के बजाय पतली फिल्मों से संरचनाओं का उपयोग किया जाता है।

नियंत्रण और नियंत्रण फिर से। यह समझना हमारे लिए पर्याप्त नहीं है कि हमारे आसपास कुछ भौतिक या रासायनिक प्रक्रियाएँ कैसे होती हैं, हम उन्हें नियंत्रित करना चाहते हैं। और वैज्ञानिक उन प्रक्रियाओं पर भी अंकुश लगाने के लिए हर संभव कोशिश कर रहे हैं जो अब तक केवल प्रकृति द्वारा नियंत्रित मानी जाती थीं। हम केवल आशा कर सकते हैं कि इस तरह के अध्ययन, जैसे कि हमने आज जांच की है, का उद्देश्य सृजन होगा, विनाश नहीं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और काम करने का सप्ताह अच्छा हो, दोस्तों।

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