বিসমাথ ফেরাইট

বিসমাথ ফেরাইট (বিএফও, সাধারণত ম্যাটেরিয়াল সাইন্স এ বিএফও হিসাবেও পরিচিত) হলো পেরোভস্কাইট কাঠামোযুক্ত একটি অজৈব রাসায়নিক সংমিশ্রণ এবং সর্বাধিক সম্ভাবনাপূর্ণ মাল্টিফেরোয়িক উপকরণগুলির মধ্যে একটি। রুম-টেম্পারেচারে বিএফও  ফেজটি  রমবোহেড্রাল স্পেস গ্রুপের  R3c এর অন্তর্গত হিসাবে শ্রেণিবদ্ধ করা হয়েছে। এটি বাল্ক এবং থিন ফিল্ম উভয় ফর্মেই সংশ্লেষিত করা যায় যারা অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক (জি টাইপ অর্ডারিং) হয়  এবং এদের নীল টেম্পারেচার (আনুমানিক ৬৫৩ কেল্ভিন) এবং ফেরো ইলেক্ট্রিক কুরি টেম্পারেচার (প্রায় ১১০০ কেল্ভিন) রুম টেম্পারেচারের অনেক উপরে। ফেরোইলেকট্রিক পোলারাইজেশন  সিডোকিউবিক দিকের সাথে দেখা যায় (⟨111⟩c) যার ম্যাগনেচিউড ৯০-৯৫ μC/সেমি2। বিসমাথ ফেরাইট কোন প্রাকৃতিকভাবে তৈরি খনিজ নয় এবং যৌগটি সংশ্লেষণ করার জন্য বেশ কয়েকটি সংশ্লেষণের পদ্ধতিসমূহ বিকশিত হয়েছে। সলিড স্টেট বিক্রিয়া পদ্ধতিতে বিসমাথ অক্সাইড (বি ২ ও ৩) এবং আয়রন অক্সাইড (এফ ই ২ ও ৩ ) ১: ১ মোল অনুপাতে একটি মর্টারে বা বল মিলিংয়ের সাথে মিশ্রিত হয় এবং তারপরে উচ্চ তাপমাত্রায় হিট ট্রিটমেন্ট করা হয়। খাঁটি স্টোচিওমেট্রিক বিএফও প্রস্তুত করা চ্যালেঞ্জিং কারণ ফায়ারিংয়ের সময় বিসমথের উদ্বায়িতার কারণে স্থিতিশীল গৌণ Bi25FeO39 (সেলেনাইট) এবং Bi2Fe4O9 (মুলাইট) ফেইজ গঠিত  হয়। সাধারণত ৮০০ থেকে ৮৮০ সেলসিয়াসের একটি ফায়ারিং তাপমাত্রা ৫ থেকে ৬০ মিনিটের জন্য ব্যবহৃত হয় যা পরবর্তীতে দ্রুত কুলিং করা হয়। বিসমথের উদ্বায়িতার ক্ষতিপূরণ দেওয়ার জন্য এবং Bi2Fe4O9 পর্যায়ের গঠন এড়ানোর জন্য অতিরিক্ত বিসমাথ অক্সাইড (বি ২ ও ৩) ব্যবহার করা  হয়। অসম্পূর্ণভাবে বিসমাথ ফেরাইট  গলে যায় , তবে এটি বিসমথ অক্সাইড সমৃদ্ধ ফ্লাক্স থেকে উৎপন্ন হতে পারে (উদাঃ প্রায় ৭৫০-৮০০ সেলসিয়াসে একটি  (বি২ ও ৩, এফ ই ২ ও ৩ এবং বি ২ ও ৩) এর মিশ্রণ যার অনুপাত ৪ঃ১ঃ১  মিশ্রণে ) বিসমাথ ফেরাইটের ফেরোইলেক্ট্রিক, অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটিক এবং ম্যাগনেটোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য গবেষণার জন্য উচ্চ মানের সিঙ্গেল ক্রিস্টাল গুরুত্বপূর্ণ । সোল-জেল কেমিস্টির ওয়েট কেমিক্যাল  রুট, মোডিফাইড পেচিনি রুট, হাইড্রোথার্মাল সিনথেসিস, প্রিসিপিটেশন পদ্ধতি সমূহ  বিশুদ্ধ বিসমাথ ফেরাইট প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত  হয়। কেমিক্যাল রুটের সুবিধা হল কম্পোজিশ এর প্রিকার্সর গুলার সমসত্ত্বতা এবং খুব কম তাপমাত্রার কারণে বিসমথের  লস হ্রাস পায়। সোল-জেল রুটগুলিতে, অকেলাসিত প্রিকার্সর গুলার জৈব অবশিষ্টাংশগুলি অপসারণ করতে এবং বিসমাথ ফেরাইটেরপেরোস্কাইট ফেইজ  স্ফটিককরণ করতে ৩০০-৬০০ সেলসিয়াসে কেলসাইন করা হয় , যদিও অসুবিধাটি হল প্রাপ্ত পাউডার সমূহ পলিক্রিস্টাল করতে উচ্চ তাপমাত্রায় সিনটার করতে হয়। বিসমাথ ফেরাইট  সংশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত একটি স্বল্পমূল্যের পদ্ধতি হল সলিউশন কম্বাশন রিয়াকশন। এই পদ্ধতিতে,জারণ-বিজারণ (রেডঅক্স) বিক্রিয়া করতে রিডিউসিং এজেন্ট (যেমন গ্লাইসিন, সাইট্রিক অ্যাসিড, ইউরিয়া, ইত্যাদি) এবং একটি অক্সাইডাইজিং এজেন্ট (নাইট্রেট আয়ন, নাইট্রিক অ্যাসিড ইত্যাদি) ব্যবহৃত হয়। শিখা চেহারা, এবং মিশ্রণ তাপমাত্রা ব্যবহৃত রিডিউসিং এজেন্ট এবং অক্সাইডাইজিং এজেন্ট এর অনুপাতের উপর নির্ভর করে। মধ্যবর্তী বস্তু হিসাবে উৎপাদিত বিসমাথ অক্সো-নাইট্রেটগুলি রিমুভ  করতে মাঝে মাঝে জন্য মাঝে মাঝে ৬০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপে অ্যানেলিং করা প্রয়োজন। এই অর্ধপরিবাহী ম্যাটেরিয়ালে এফই  ক্যাটায়ন সমূহের প্যারাম্যাগনেটিক উপাদানের  উপস্থিতি শনাক্ত করার জন্য মোসবার স্পেকট্রস্কোপি একটি সঠিক কৌশল। বিসমথ ফেরাইটের উচ্চমানের এপিট্যাক্সিয়াল থিন ফিল্ম এর বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য ২০০৩ সালে প্রতিবেদন করা হয়েছে যা বিসমাথ ফেরাইটের গবেষণার  জন্য বৈজ্ঞানিক আগ্রহ পুনরুদ্ধার করে। ক্রিস্টাল কাঠামো পরিবর্তন করতে বা স্ফটিক কাঠামোকে মনোক্লিনিক বা টেট্রাগোনাল প্রতিসাম্যতে পরিবর্তন করতে , ফেরো ইলেকট্রিক, পিজোইলেকট্রিক বা চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করতে সিঙ্গেল ক্রিস্টাল স্তরের এপিট্যাক্সিয়াল স্ট্রেইন সমৃদ্ধ বিভিন্ন  ল্যাটিস প্যারামিটারের  বিসমাথ ফেরাইট ব্যবহার করা যেতে পারে। পালস লেজার ডিপোজিশন (পিএলডি) এপিট্যাক্সিয়াল বিএফও থিন ফিল্ম তৈরির একটি খুব সাধারণ পথ এখানে এবং SrRuO3 ইলেক্ট্রোড সহ SrTiO3 স্তরগুলি সাধারণত ব্যবহৃত হয়। এপিট্যাক্সিয়াল বিসমাথ ফেরাইট থিন ফিল্ম তৈরির অন্যান্য পদ্ধতি সমূহ হল স্পাটারিং, মেটাল অরগানিক কেমিক্যাল ভেপর ডিপজিশন (এমওসিভিডি), এটমিক লেয়ার ডিপজিশন (এএলডি), এবং কেমিক্যাল সলিউশন ডিপজিশন। এর চৌম্বকীয় এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি ছাড়াও বিসমথ ফেরাইটে ফোটোভোলটাইক বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা ফেরো ইলেক্ট্রিক ফটোভোলটাইক (এফপিভি) প্রভাব হিসাবে পরিচিত। রুম তাপমাত্রার মাল্টিফেরয়েটিক উপাদান হওয়ার কারণে এবং এর ফিরোইলেক্ট্রিক ফটোভোলটাইক (এফপিভি) প্রভাবের কারণে, বিসমাথ ফেরাইটের চৌম্বকত্ব, স্পিন্ট্রনিক্স, ফটোভোলটাইকস ইত্যাদির ক্ষেত্রে বেশ কয়েকটি অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। ফপিভি এফেক্টে, ফিরোইলেক্ট্রিক পদার্থে একটি ফটোকারেন্ট তৈরি হয়, এবং এর দিকটি সেই উপাদানটির ফেরোইলেকট্রিক পোলারাইজেশনের উপর নির্ভর করে। প্রচলিত ফটোভোলটাইক ডিভাইসের বিকল্প হিসাবে এফপিভি এফেক্টের একটি আশাব্যঞ্জক সম্ভাবনা রয়েছে। তবে প্রধান প্রতিবন্ধকতা হল এদের বৃহত ব্যান্ডগ্যাপ এবং স্বল্প পরিবাহিতার কারণে LiNbO3 এর মতো ফিরোইলেকট্রিক উপকরণগুলিতে খুব কম ফটোকারেন্ট তৈরি হয়। এই দিকটিতে বিসমাথ ফেরাইট একটি দুর্দান্ত সম্ভাবনা দেখিয়েছে যেহেতু ইলুমিনেশনে এই উপাদানটিতে একটি বৃহত ফটোকারেন্ট প্রভাব এবং পূর্বের ব্যান্ডগ্যাপ ভোল্টেজ পরিলক্ষিত হয়েছে। ফটোভোলটাইকস উপাদান হিসাবে বিসমাথ ফেরাইট ব্যবহার করার বেশিরভাগ কাজগুলি থিন ফিল্ম ফর্মের উপর প্রকাশিত হয়েছে তবে কয়েকটি রিপোর্টে গবেষকরা পলিমার, গ্রাফিন এবং অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরের মতো অন্যান্য উপকরণগুলির সাথে একটি বাইলেয়ার কাঠামো গঠন করেছেন। একটি প্রতিবেদনে পি-আই-এন হিটারোজংশনটি বিসমাথ ফেরাইট ন্যানো পার্টিকেল এবং দুটি অক্সাইড ভিত্তিক ক্যারিয়ার স্তর পরিবহনের সাথে গঠন করা হয়েছে। এই ধরনের প্রচেষ্টা সত্ত্বেও বিসমাথ ফেরাইট থেকে প্রাপ্ত শক্তি রূপান্তর দক্ষতা এখনও খুব কম। Wang, J.; Neaton, J. B.; Zheng, H.; Nagarajan, V.; Ogale, S. B.; Liu, B.; Viehland, D.; Vaithyanathan, V.; Schlom, D. G. (২০০৩-০৩-১৪)। "Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures"। Science (ইংরেজি ভাষায়)। 299 (5613): 1719–1722। আইএসএসএন 0036-8075। ডিওআই:10.1126/science.1080615। পিএমআইডি 12637741।  Matin, M. A.; Hossain, M. N.; Ali, M. A.; Hakim, M. A.; Islam, M. F. (২০১৯-০৩-০১)। "Enhanced dielectric properties of prospective Bi0.85Gd0.15Fe1−xCrxO3 multiferroics"। Results in Physics (ইংরেজি ভাষায়)। 12: 1653–1659। আইএসএসএন 2211-3797। ডিওআই:10.1016/j.rinp.2019.01.079।  Matin, M. A.; Hossain, M. N.; Rizvi, M. H.; Zubair, M. A.; Hakim, M. A.; Hussain, A.; Islam, M. F. (2017-12)। "Enhancing magnetoelectric and optical properties of co-doped bismuth ferrite multiferroic nanostructures"। 2017 IEEE 19th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC): 1–7। ডিওআই:10.1109/EPTC.2017.8277568।  এখানে তারিখের মান পরীক্ষা করুন: |তারিখ= (সাহায্য) Rhaman, M. M.; Matin, M. A.; Hossain, M. N.; Mozahid, F. A.; Hakim, M. A.; Rizvi, M. H.; Islam, M. F. (২০১৮-১২-০১)। "Bandgap Tuning of Sm and Co Co-doped BFO Nanoparticles for Photovoltaic Application"। Journal of Electronic Materials (ইংরেজি ভাষায়)। 47 (12): 6954–6958। আইএসএসএন 1543-186X। ডিওআই:10.1007/s11664-018-6597-7।  Matin, M A; Hossain, M N; Hakim, M A; Islam, M F (২০১৯-০২-২২)। "Effects of Gd and Cr co-doping on structural and magnetic properties of BiFeO3 nanoparticles"। Materials Research Express। 6 (5): 055038। আইএসএসএন 2053-1591। ডিওআই:10.1088/2053-1591/ab06d2।  Rhaman, M. M.; Matin, M. A.; Hossain, M. N.; Mozahid, F. A.; Hakim, M. A.; Islam, M. F. (২০১৯-০৬-০৮)। "Bandgap engineering of cobalt-doped bismuth ferrite nanoparticles for photovoltaic applications"। Bulletin of Materials Science (ইংরেজি ভাষায়)। 42 (4): 190। আইএসএসএন 0973-7669। ডিওআই:10.1007/s12034-019-1871-8।  Hossain, M.N.; Matin, M.A.; Hakim, M.A.; Islam, M.F. (২০১৮-১০-২৬)। "Effects of Gd and Cr co-doping on multiferroic properties of Bi 0.9 Gd 0.1 Fe (1-x) Cr x O 3 (x = 0−0.08)"। IOP Conference Series: Materials Science and Engineering। 438: 012016। আইএসএসএন 1757-899X। ডিওআই:10.1088/1757-899X/438/1/012016।  Spaldin, Nicola A.; Cheong, Sang-Wook; Ramesh, Ramamoorthy (২০১০-১০-০১)। "Multiferroics: Past, present, and future"। Physics Today (ইংরেজি ভাষায়)। 63 (10): 38। আইএসএসএন 0031-9228। ডিওআই:10.1063/1.3502547।  Matin, M. A.; Rhaman, M. M.; Hossain, M. N.; Mozahid, F. A.; Hakim, M. A.; Rizvi, M. H.; Islam, M. F. (২০১৯-১২-০১)। "Effect of Preparation Routes on the Crystal Purity and Properties of $$\hbox {BiFeO}_{3}$$BiFeO3Nanoparticles"। Transactions on Electrical and Electronic Materials (ইংরেজি ভাষায়)। 20 (6): 485–493। আইএসএসএন 2092-7592। ডিওআই:10.1007/s42341-019-00140-8।  Rhaman, M. M.; Matin, M. A.; Al Mamun, M. A.; Hussain, A.; Hossain, M. N.; Das, B. C.; Hakim, M. A.; Islam, M. F. (২০২০-০৬-০১)। "Enhanced electrical conductivity and multiferroic property of cobalt-doped bismuth ferrite nanoparticles"। Journal of Materials Science: Materials in Electronics (ইংরেজি ভাষায়)। 31 (11): 8727–8736। আইএসএসএন 1573-482X। ডিওআই:10.1007/s10854-020-03407-6।  Rhaman, M. M.; Matin, M. A.; Hossain, M. N.; Khan, M. N. I.; Hakim, M. A.; Islam, M. F. (২০২০-০৬-০৫)। "Ferromagnetic, electric, and ferroelectric properties of samarium and cobalt co-doped bismuth ferrite nanoparticles"। Journal of Physics and Chemistry of Solids (ইংরেজি ভাষায়): 109607। আইএসএসএন 0022-3697। ডিওআই:10.1016/j.jpcs.2020.109607।  Sharma, Poorva; Varshney, Dinesh; Satapathy, S.; Gupta, P. K. (২০১৪-০১-১৫)। "Effect of Pr substitution on structural and electrical properties of BiFeO3 ceramics"। Materials Chemistry and Physics (ইংরেজি ভাষায়)। 143 (2): 629–636। আইএসএসএন 0254-0584। ডিওআই:10.1016/j.matchemphys.2013.09.045।  Kubel, Frank; Schmid, Hans (১৯৯০)। "Structure of a ferroelectric and ferroelastic monodomain crystal of the perovskite BiFeO3"। Acta Crystallographica. B, Structural Science। B46 (6): 698। আইএসএসএন 0108-7681।  Ghosh, Sushmita; Dasgupta, Subrata; Sen, Amarnath; Sekhar Maiti, Himadri (2005-05)। "Low-Temperature Synthesis of Nanosized Bismuth Ferrite by Soft Chemical Route"। Journal of the American Ceramic Society (ইংরেজি ভাষায়)। 88 (5): 1349–1352। আইএসএসএন 0002-7820। ডিওআই:10.1111/j.1551-2916.2005.00306.x।  এখানে তারিখের মান পরীক্ষা করুন: |তারিখ= (সাহায্য)[স্থায়ীভাবে অকার্যকর সংযোগ] Han, J.-T.; Huang, Y.-H.; Wu, X.-J.; Wu, C.-L.; Wei, W.; Peng, B.; Huang, W.; Goodenough, J. B. (২০০৬-০৮-১৮)। "Tunable Synthesis of Bismuth Ferrites with Various Morphologies"। Advanced Materials (ইংরেজি ভাষায়)। 18 (16): 2145–2148। আইএসএসএন 0935-9648। ডিওআই:10.1002/adma.200600072। [স্থায়ীভাবে অকার্যকর সংযোগ] Ortiz-Quiñonez, José-Luis; Pal, Umapada; Villanueva, Martin Salazar (২০১৮-০৫-২১)। "Effects of Oxidizing/Reducing Agent Ratio on Phase Purity, Crystallinity, and Magnetic Behavior of Solution-Combustion-Grown BiFeO 3 Submicroparticles"। Inorganic Chemistry (ইংরেজি ভাষায়)। 57 (10): 6152–6160। আইএসএসএন 0020-1669। ডিওআই:10.1021/acs.inorgchem.8b00755।  Wang, J. (২০০৩-০৩-১৪)। "Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures"। Science। 299 (5613): 1719–1722। ডিওআই:10.1126/science.1080615।  Zeches, R. J.; Rossell, M. D.; Zhang, J. X.; Hatt, A. J.; He, Q.; Yang, C.-H.; Kumar, A.; Wang, C. H.; Melville, A. (২০০৯-১১-১৩)। "A Strain-Driven Morphotropic Phase Boundary in BiFeO3"। Science (ইংরেজি ভাষায়)। 326 (5955): 977–980। আইএসএসএন 0036-8075। ডিওআই:10.1126/science.1177046।  Yang, S. Y.; Seidel, J.; Byrnes, S. J.; Shafer, P.; Yang, C.-H.; Rossell, M. D.; Yu, P.; Chu, Y.-H.; Scott, J. F. (2010-02)। "Above-bandgap voltages from ferroelectric photovoltaic devices"। Nature Nanotechnology (ইংরেজি ভাষায়)। 5 (2): 143–147। আইএসএসএন 1748-3387। ডিওআই:10.1038/nnano.2009.451।  এখানে তারিখের মান পরীক্ষা করুন: |তারিখ= (সাহায্য) Chatterjee, Soumyo; Bera, Abhijit; Pal, Amlan J. (২০১৪-১১-২৬)। "p–i–n Heterojunctions with BiFeO 3 Perovskite Nanoparticles and p- and n-Type Oxides: Photovoltaic Properties"। ACS Applied Materials & Interfaces (ইংরেজি ভাষায়)। 6 (22): 20479–20486। আইএসএসএন 1944-8244। ডিওআই:10.1021/am506066m।