பிசுமத் பெர்ரைட்டு

பிசுமத் பெர்ரைட்டு (Bismuth ferrite) என்பது BiFeO3 என்ற மூலக்கூற்று வாய்ப்பாட்டால் விவரிக்கப்படும் ஒரு கனிம வேதியியல் சேர்மமாகும். பொருளறிவியல் துறையில் இதைப் பொதுவாக BFO என்ற குறியீட்டால் குறிப்பிடுவார்கள். பெரோவ்சிகைட்டு கட்டமைப்பு எனப்படும் கால்சியம் தைட்டானியம் ஆக்சைடின் கட்டமைப்பை பெற்றுள்ள இது பெர்ரோகாந்தப் பண்புப் பொருள்களில் முக்கியமான ஒரு பொருளாகும். BiFeO3 சேர்மம் அறைவெப்ப நிலை கட்டத்தில் R3c என்ற இடக்குழுவுடன் செஞ்சாய்சதுர கட்டமைப்பில் உள்ளதாக வகைப்படுத்தப்படுகிறதுD. Varshney, A. Kumar, K. Verma, Effect of A site and B site doping on structural, thermal, and dielectric properties of BiFeO3 ceramics, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.05.106. பெருமளவிலும் மெல்லிய படலங்களாகவும் பிசுமத் பெர்ரைட்டு தயாரிக்கப்படுகிறது. பெர்ரோகாந்தவெதிர் நீல் வெப்பநிலை (தோராயமாக 653 கெல்வின்) மற்றும் பெர்ரோமின் கியூரி வெப்பநிலை (தோராயமாக 1100 கெல்வின்) இரண்டும் அறைவெப்பநிலையைக் காட்டிலும் அதிகமாகவே உள்ளன .. போலி கனசதுரத்தின் திசையில்  90–95 μC/செ.மீ2 பெருமத்தில் பெர்ரோமின் முனைவாக்கம் தோன்றுகிறது.

 தயாரிப்பு 

பிசுமத் பெர்ரைட்டு இயற்கையாகத் தோன்றும் ஒரு   கனிமம் அல்ல. இச்சேர்மத்தை தயாரித்துப்  பெறுவதற்கான பல தொகுப்புமுறை வழிகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

 திண்மநிலை தொகுப்பு முறை 

பிசுமத் ஆக்சைடு (Bi2O3), இரும்பு ஆக்சைடு (Fe2O3) சேர்மங்கள் 1:1 என்ற மோல் விகிதத்தில் குழவிக்கல்லில் இட்டு அல்லது உருளை கொண்டு இடித்து கலக்கப்பட்டு பின்னர் உயர்ந்த வெப்பநிலையில் சுடப்படுகின்றன. இவ்வாறு உயர் வெப்பநிலையில் சுடப்படும்போது பிசுமத்தின் நிலையற்ற தன்மை காரணமாக தூய விகிதவியல் அளவு BiFeO3 தயாரிப்பது சவாலானது ஆகும். ஏனெனில் நிலையான இரண்டாம் நிலை Bi25FeO39 (செலனைட்) மற்றும் Bi2Fe4O9 (முல்லைட்) நிலைகள் உருவாகிவிடுகின்றன. பொதுவாக 800 முதல் 880 செல்சியசு வரையிலான உயர் வெப்பநிலை 5 முதல் 60 நிமிடங்கள் வரை பயன்படுத்தப்பட்டு அடுத்த்தாக விரைவாக   குளிரூட்டல் செயல்முறை நிகழ்கிறது. பிசுமத்தின் நிலையற்ற தன்மையை ஈடுசெய்யவும் Bi2Fe4O9 நிலை உருவாதலை தவிர்க்கவும் கூடுதல் Bi2O3 சேர்ப்பதை ஒரு நடவடிக்கையாகப் பின்பற்றப்படுகிறது. 

 ஒற்றைப்படிக வளர்ச்சி 

பிசுமத் பெரைட் பொருத்தமற்ற முறையில் உருகும். ஆனால் இது பிசுமத் ஆக்சைடு நிறைந்த 4: 1: 1 என்ற விகித்த்திலுள்ள Bi2O3, Fe2O3 மற்றும் B2O3 ஆகியவற்றின் கலவை பாய்மத்திலிருந்து சுமார் 750-800 செல்சியசு வெப்பநிலையில் ஓற்றைப் படிகத்தை வளர்க்கலாம். பிசுமத் பெரைட்டின் மின்காந்தவியல் பண்புகளை ஆய்வு செய்வதற்கு உயர் தரமான ஒற்றை படிகங்கள் முக்கியமானவையாகும்.

 வேதி வழிமுறைகள் 

குழைமக்கரைசல் வேதியியலை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஈர இரசாயன தொகுப்பு வழிகள், மாற்றியமைக்கப்பட்ட பெச்சினி வழிகள், நீர் வெப்ப  தொகுப்புமுறை மற்றும் வீழ்படிவாக்கம்  ஆகியவை தூய நிலை BiFeO3 சேர்மத்தை  தயாரிக்க பயன்படுத்தப்படுகின்றன. முன்னோடிச் சேர்மங்களின் தொகுப்பியல் ஒருமைப்பாடு மற்றும் தேவைப்படும் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை காரணமாக ஏற்படும் பிசுமத்தின் இழப்பு போன்றவை வேதியியல் பாதைகளின் நன்மைகளாகும். குழைமக்கரைசல் பாதையில் கரிமக் கசடுகளை நீக்கும் பொருட்டும் பிசுமத் பெரைட்டு பெரொவ்சிகைட்டு நிலையில் படிகமாவதை ஊக்குவிக்கவும் படிக உருவமற்ற முன்னோடிச் சேர்மங்கள் 300 முதல் 600 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலை வரை நெருப்பிலிடப்படுகின்றன. விளையும் தூளை அடர்த்தியான பல்படிகமாக்க கண்டிப்பாக உயர் வெப்பநிலையில் வெப்பப்படுத்தப்படவேண்டும் என்பதே இம்முறையின் குறைபாடாகும். 

நீர்ம எரிப்பு வினை என்பது நுண்ணிய BiFeO3 சேர்மத்தை தொகுக்கப் பயன்படுத்தப்படும் குறைந்த செலவு தயாரிப்பு முறையாகும். இந்த முறையில் ஆக்சிசனேற்ற ஒடுக்க வினையை உருவாக்க கிளைசின், சிட்ரிக் அமிலம், யூரியா போன்ற ஓர் ஒடுக்கும் முகவர், நைட்ரேட்டு, நைட்ரிக் அமிலம் போன்ற ஓர் ஆக்சிசனேற்ற முகவர் போன்றவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.  தீச்சுடரின் தோற்றம் மற்றும் அதன் விளைவாகத் தோன்றும் கலவையின் வெப்பநிலை முதலியன பயன்படுத்தப்படும் ஆக்சிசனேற்ற / ஒடுக்க  முகவர்களின் விகிதத்தைப் பொறுத்து அமைகிறது. 600 ° செல்சியசு வெப்பநிலை வரை காய்ச்சிக் குளிரவைத்தல் சில நேரங்களில் வேதியியல் இடைநிலைகளாக உருவாக்கப்படும் பிசுமத் ஆக்சோ-நைட்ரேட்டுகளைச் சிதைக்க தேவைப்படுகிறது. இக்குறைக் கடத்தி சேர்மத்திலுள்ள இரும்பு நேர்மின் அயனிகள் இந்நிலையிலுள்ள பாரா காந்தப்பண்பின் இருப்பை உணரப் பயன்படும் பொருத்தமான மாசுபவர் நிறமாலையியல் நுட்பமாகும்.  

 மெல்லிய படச்சுருள்கள் 

பிசுமத் பெரைட்டின் உயர் தரமான ஆடைப்படல மென் படச்சுருள்களின் மின்னியல் மற்றும் காந்தப் பண்புகள் 2003 ஆம் ஆண்டில் அறியப்பட்டன. எனவே இச்சேர்மத்தின் அறிவியல் ஆர்வங்கள் புதுப்பிக்கப்பட்டன. எபிடாக்சியல் மெல்லிய படலங்கள் எனப்படும் இப்படச்சுருள்கள் மின்னணு சுற்றுகளில் ஒருங்கிணைக்கக்கூடிய பெரிய நன்மையைக் கொண்டுள்ளன. பிசுமத் பெரைட்டை விட வெவ்வேறு அளவுருக்கள் கொண்ட ஒற்றை படிக அடி மூலக்கூறுகளால் தூண்டப்பட்ட மென்படல திரிபு படிக அமைப்பை ஒற்றைச்சரிவு அல்லது நாற்கோன சமச்சீராக மாற்றவும்,  பெரோ மின்னாற்றல், பைசோ எனப்படும் அழுத்த மின்னாற்றல் அல்லது காந்த பண்புகளை மாற்றவும் பயன்படுத்தலாம். ஆடைப்படல BiFeO3   படச்சுருள்களுக்கு துடிப்புள்ள சீரொளி படிவு என்பது மிகவும் பொதுவான ஒரு பாதையாகும். மேலும் SrTiO3  அடித்தளப் பொருட்களுடன் SrRuO3 மின்முனைகள்  பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஒலி உமிழ்வு, கரிம உலோக வேதி நீராவி படிவு, அணு அடுக்கு படிவு, மற்றும் இரசாயனக் கரைசல் படிவு ஆகியவை ஆடைப்படல பிசுமத் பெரைட் மெல்லிய படலங்களைத் தயாரிக்க உதவும்  பிற முறைகளாகும். காந்த மற்றும் மின்சார பண்புகளைத் தவிர பிசுமத் பெரைட்டு ஒளிமின்னழுத்த பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது, இது பெரோமின் ஒளிமின்னழுத்த விளைவு என அழைக்கப்படுகிறது.

 பயன்கள் 

அறை வெப்பநிலையில் பிசுமத் பெரைட்டு ஒரு பல்நிலைமாற்ற பொருளாக இருப்பதாலும் அதன் பெரோமின் ஒளிமின்னழுத்த விளைவு காரணமாகவும், காந்தவியல், சுழல் மின்னணுவியல், ஒளிமின்னழுத்தியம் இத்யாதி  போன்றவற்றில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

 ஒளிமின்னழுத்தவியல் 

பெர்ரோமின் ஒளிமின்னழுத்த விளைவில் , ஒளியூட்டப்பட்ட ஒரு பெர்ரோமின் பொருளில் ஒளிமின்னாற்றல் உருவாக்கப்படுகிறது. இதன்  திசை அந்த பொருளின் பெர்ரோமின்  துருவமுனைப்பைப் பொறுத்து அமைகிறது. வழக்கமான ஒளிமின்னழுத்த சாதனங்களுக்கு மாற்றாக பெர்ரோமின் ஒளிமின்னழுத்த விளைவு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய திறனைக் கொண்டுள்ளது. ஆனால் முக்கியத் தடை என்னவென்றால் LiNbO3A. M. Glass, Von der Linde and T. J. Negran, High‐voltage bulk photovoltaic effect and the photorefractive process in LiNbO3,Appl. Phys. Lett.doi:10.1063/1.1655453 போன்ற பெர்ரோமின் பொருட்களில் மிகக் குறைந்த அளவு ஒளிமின்னாற்றல்  உருவாக்கப்படுகிறது.  பெரிய ஆற்றல் இடைவெளியும் குறைந்த கடத்துத்திறனும் இதற்கான காரணங்களாகும். இந்த போக்கில் பிசுமத் பெர்ரைட் ஒரு மிகப்பெரிய திறனை வெளிப்படுத்துகிறது. ஏனெனில் ஒளியூட்டத்தின் கீழ் இதில் ஒளிமின்னாற்றல் விளைவும் ஆற்றல் இடைவெளிக்கு மிகையான மின்னழுத்தமும் காணப்படுகின்றன. பிசுமத் பெர்ரைட்டை ஒளிமின்னழுத்த பொருளாகப் பயன்படுத்தும் பெரும்பாலான படைப்புகள் அதன் மெல்லிய படல வடிவத்தில் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளன</sup>. ஆனால் ஒரு சில அறிக்கைகளில் பலபடிகள், கிராபீன், பிற குறைக்கடத்திகள் போன்ற பிற பொருட்களுடன் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஈரடுக்கு கட்டமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர். பிசுமத் பெர்ரைட்டு நுண் துகள்களுடன் இரண்டு ஆக்சைடு அடிப்படை கடத்தி போக்குவரத்து அடுக்குகள் கொண்ட p-i-n  பல்லின இடைமுகம் உருவாக்கப்பட்டது என ஓர் அறிக்கை குறிப்பிடுகிறது..  இத்தகைய முயற்சிகள் இருந்தபோதிலும், பிசுமத் பெர்ரைட்டிலிருந்து பெறப்பட்ட சக்தி மாற்றும் திறன் இன்னும் மிகக் குறைவாகவே உள்ளது. 

 மேற்கோள்கள் 

பகுப்பு:பிசுமத் சேர்மங்கள்
பகுப்பு:இரும்பு(II) சேர்மங்கள்
பகுப்பு:ஆக்சைடுகள்
பகுப்பு:பெரோவ்சிகைட்டுகள்