View source for बिस्मथ फेराइट

{{Chembox
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'''बिस्मथ फेराइट''' (BiFeO<sub>3</sub>, जिसे सामान्यतः सामग्री विज्ञान में BFO के रूप में भी जाना जाता है) [[पेरोसाइट संरचना]] वाला एक अकार्बनिक रासायनिक यौगिक होता है और सबसे आशाजनक मल्टीफाइरोइक सामग्रियों में से एक होता है।<ref name=":0" /> BiFeO<sub>3</sub> के कमरे के तापमान के चरण को [[अंतरिक्ष समूह|समूह]] R3c में वर्गीकृत किया गया है।<ref name=":1" /><ref>{{cite journal|last1=Catalan|first1=Gustau|last2=Scott|first2=James F.|title=बिस्मथ फेराइट के भौतिकी और अनुप्रयोग|journal=[[Advanced Materials]]|date=26 June 2009|volume=21|issue=24|pages=2463–2485|doi=10.1002/adma.200802849|url=http://inside.mines.edu/~zhiwu/research/papers/E09_bfo.pdf|access-date=2 February 2012|archive-date=3 January 2011|archive-url=https://web.archive.org/web/20110103161900/http://inside.mines.edu/~zhiwu/research/papers/E09_bfo.pdf|url-status=dead}}</ref><ref>D. 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</ref> इसे बल्क और पतली फिल्म के रूप में संश्लेषित किया जाता है और इसके एंटीफेरोमैग्नेटिक नील तापमान (लगभग 653 K) और [[फेरोइलेक्ट्रिक]] [[क्यूरी तापमान]] दोनों कमरे के तापमान (लगभग 1100K) से अधिक ऊपर होता है।<ref>{{cite journal|last1=Kiselev|first1=S. V.|last2=Ozerov|first2=R. P.|last3=Zhdanov|first3=G. S.|title=Detection of magnetic order in ferroelectric BiFeO3 by neutron diffraction|journal=Soviet Physics Doklady|date=February 1963|volume=7|issue=8|pages=742–744|bibcode=1963SPhD....7..742K}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Spaldin|first1=Nicola A.|author1-link=Nicola Spaldin|last2=Cheong|first2=Sang-Wook|last3=Ramesh|first3=Ramamoorthy|title=Multiferroics: Past, present, and future|journal=[[Physics Today]]|date=1 January 2010|volume=63|issue=10|page=38|doi=10.1063/1.3502547|url=http://www.mendeley.com/research/multiferroics-past-present-future-feature/|accessdate=15 February 2012|bibcode = 2010PhT....63j..38S }}</ref> फेरोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण स्यूडोक्यूबिक दिशा के साथ होता है (<math>\langle 111\rangle_c</math>) 90–95 μC/cm2 के परिमाण के साथ होता है।<sup>।<ref>{{cite journal|last1=Chu|first1=Ying-Hao|first2=Lane W.|last2=Martin|first3=Mikel B.|last3=Holcomb|first4=Ramamoorthy|last4=Ramesh|title=मल्टीफ़ाइरिक्स के साथ चुंबकत्व को नियंत्रित करना|journal=[[Materials Today]]|year=2007|volume=10|issue=10|pages=16–23|doi=10.1016/s1369-7021(07)70241-9|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Seidel|first1=J. |last2=Martin|first2=L. W.|last3=He|first3=Q. |last4=Zhan|first4=Q. |last5=Chu|first5=Y.-H. |last6=Rother|first6=A. |last7=Hawkridge|first7=M. E. |last8=Maksymovych|first8=P. |last9=Yu|first9=P. |last10=Gajek|first10=M. |last11=Balke|first11=N. |last12=Kalinin|first12=S. V. |last13=Gemming|first13=S. |last14=Wang|first14=F. |last15=Catalan|first15=G. |last16=Scott|first16=J. F. |last17=Spaldin|author17-link=Nicola Spaldin|first17=N. A. |last18=Orenstein|first18=J. |last19=Ramesh|first19=R. |title=ऑक्साइड मल्टीफ़ाइरिक्स में डोमेन दीवारों पर चालन|journal=[[Nature Materials]]|year=2009|volume=8|issue=3|pages=229–234|doi=10.1038/NMAT2373|bibcode=2009NatMa...8..229S |pmid=19169247}}</ref>
== प्रतिरूप तैयार करना ==

बिस्मथ फेराइट स्वाभाविक रूप से होने वाला [[खनिज]] नही होता है और यौगिक प्राप्त करने के लिए कई संश्लेषण मार्ग विकसित किए गए है।

=== ठोस अवस्था संश्लेषण ===

ठोस अवस्था प्रतिक्रिया विधि में<ref>{{cite journal | title = Effect of Pr substitution on structural and electrical properties of BiFeO3 ceramics | doi = 10.1016/j.matchemphys.2013.09.045 | first1 = Poorva |last1 = Sharma | first2 = Dinesh |last2 = Varshney | first3 = S. | last3 = Satapathy | first4 = P.K. | last4 = Gupta | journal=[[Materials Chemistry and Physics]] | volume = 143 | issue = 2 | date = 15 January 2014 | pages = 629–636 }}</ref> बिस्मथ [[ऑक्साइड]] (B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) और आयरन ऑक्साइड (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) 1:1 (यूनिट) अनुपात में एक [[मोर्टार (कटोरा)|मोर्टार]] या [[बॉल मिलिंग]] के साथ मिलाया जाता है और फिर ऊंचे तापमान पर निकाल दिया जाता है। शुद्ध [[रससमीकरणमितीय]] BiFeO<sub>3</sub> की तैयारी के दौरान बिस्मथ की [[अस्थिरता (रसायन विज्ञान)]] के कारण चुनौतीपूर्ण होते है जो स्थिर माध्यमिक बीआई के गठन की ओर जाता है Bi<sub>25</sub>FeO<sub>39</sub> ([[सेलेनाइट (खनिज)]]) और Bi<sub>2</sub>Fe<sub>4</sub>O<sub>9</sub> (मुलाइट) की अवस्था मे उपयोग किया जाता है। सामान्यतः 800 से 880 सेल्सियस के तापमान 5 से 60 मिनट के लिए तेजी से ठंडा होने के साथ उपयोग किया जाता है। Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> बिस्मथ अस्थिरता की भरपाई करने और बीआई के गठन से बचने के लिए भी एक उपाय का उपयोग किया जाता है Bi<sub>2</sub>Fe<sub>4</sub>O<sub>9</sub> की अवस्था मे उपयोग किया जाता है।

=== 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 मिश्रण Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> and B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> लगभग 750-800 सेल्सियस पर) होता है।<ref name=":1">{{cite journal|last1=Kubel |first1=Frank | first2=Hans |last2 = Schmid|title=Structure of a Ferroelectric and Ferroelastic Monodomain Crystal of the Perovskite BiFeO3|journal=[[Acta Crystallographica]] | year=1990|volume=B46 |issue=6 | pages = 698–702 | url = http://archive-ouverte.unige.ch/unige:31426 | doi = 10.1107/S0108768190006887 |doi-access=free }}</ref> बिस्मुथ फेराइट के फेरोइलेक्ट्रिक, [[एंटीफेरोमैग्नेटिज्म]] और [[मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव]] गुणों का अध्ययन करने के लिए उच्च गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल महत्वपूर्ण होते है।

=== रासायनिक मार्ग ===

[[ रसायन विज्ञान |रसायन विज्ञान]] पर आधारित गीले रासायनिक संश्लेषण मार्ग, संशोधित पेचीनी मार्ग,<ref>{{cite journal | last1 = Ghosh | first1 = Sushmita| last2 = Dasgupta | first2 = Subrata | last3 = Sen | first3 = Amarnath | last4 = Sekhar Maiti | first4 = Himadri | title = शीतल रासायनिक मार्ग द्वारा नैनोसाइज्ड बिस्मथ फेराइट का निम्न-तापमान संश्लेषण| journal = [[Journal of the American Ceramic Society]] | date = 1 May 2005 | orig-year = 14 April 2005 | volume = 88 | issue = 5 | pages = 1349–1352 | doi = 10.1111/j.1551-2916.2005.00306.x }}</ref> [[हाइड्रोथर्मल संश्लेषण]]<ref>{{cite journal | last1 = Han | first1 = J.-T. | last2 = Huang | first2 = Y.-H. | last3 = Wu | first3 = X.-J. | last4 = Wu | first4 = C.-L. | last5 = Wei | first5 = W. | last6 = Peng | first6 = B. | last7 = Huang | first7 = W. | last8 = Goodenough | first8 = J. B. | title = विभिन्न आकारिकी के साथ बिस्मथ फेराइट्स का ट्यून करने योग्य संश्लेषण| journal = [[Advanced Materials]] | date = 18 August 2006 | orig-year = 18 July 2006 | volume = 18 | issue = 16 | pages = 2145–2148 | doi = 10.1002/adma.200600072 }}</ref> चरण शुद्ध BiFeO<sub>3</sub> तैयार करने के लिए संश्लेषण और वर्षा का उपयोग किया जाता है। रासायनिक मार्गों का लाभ अग्रदूतों की संरचनागत एकरूपता है और बहुत कम तापमान की आवश्यकता के कारण बिस्मथ का कम नुकसान होता है। 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 होता है कि घने [[पॉलीक्रिस्टल]] बनाने के लिए परिणामी पाउडर को उच्च तापमान पर [[सिंटरिंग]] किया जाता है।

समाधान प्रतिक्रिया एक कम लागत वाली विधि होती है जिसका उपयोग BiFeO<sub>3</sub> को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है। इस विधि में, 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।<ref>{{cite journal |last1=Ortiz-Quiñonez |first1=José-Luis |last2=Pal |first2=Umapada |last3=Villanueva |first3=Martin Salazar |title=Effects of Oxidizing/Reducing Agent Ratio on Phase Purity, Crystallinity, and Magnetic Behavior of Solution-Combustion-Grown BiFeO Submicroparticles |journal=Inorganic Chemistry |date=10 May 2018 |volume=57 |issue=10 |pages=6152–6160 |doi=10.1021/acs.inorgchem.8b00755|pmid=29746118 }}</ref> मध्यवर्ती के रूप में उत्पन्न बिस्मथ ऑक्सो-नाइट्रेट को विघटित करने के लिए कभी-कभी 600 डिग्री सेल्सियस तक की आवश्यकता होती है। चूंकि इस अर्धचालक सामग्री में Fe धनायन की सामग्री, स्पेक्ट्रोस्कोपी चरण में [[अनुचुंबकत्व]] घटक की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक उचित तकनीक होती है।

=== पतली फिल्म ===

2003 में बिस्मथ फेराइट की उच्च गुणवत्ता वाली पतली फिल्मों के विद्युत और [[चुंबकीय]] गुण रिपोर्ट किए गए थे।<ref name=":0">{{cite journal | last1 = Wang | first1 = J. | first2 = B. | last2 = Neaton | first3 = H. | last3 = Zheng | first4 = V. | last4 = Nagarajan | first5 = S. B. | last5 = Ogale | first6 = B. | last6 = Liu | first7 = D. | last7 = Viehland | first8 = V. | last8 = Vaithyanathan | first9 = D. G. | last9 = Schlom | first10 = U. V. | last10 = Waghmare | first11 = N. A. | last11 = Spaldin|author11-link=Nicola Spaldin | first12 = K. M. | last12 = Rabe | author12-link = Karin M. Rabe | first13 = M. | last13 = Wuttig |  first14 = R. | last14 = Ramesh | title = Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures | journal = [[Science (journal)|Science]] | date = 14 March 2003 | volume = 299 | issue = 5613 | pages = 1719–1722 | doi = 10.1126/science.1080615 | pmid = 12637741 |bibcode = 2003Sci...299.1719W | hdl = 10220/7391 | s2cid = 4789558 | hdl-access = free }}</ref> बिस्मथ फेराइट के लिए वैज्ञानिक रुचि को पुनर्जीवित किया गया था। एपिटैक्सियल पतली फिल्मों का बड़ा फायदा यह है कि उनके गुणों को प्रसंस्करण द्वारा ट्यून किया जा सकता है<ref>{{Cite journal|last1=Mei|first1=Antonio B.|last2=Saremi|first2=Sahar|last3=Miao|first3=Ludi|last4=Barone|first4=Matthew|last5=Tang|first5=Yongjian|last6=Zeledon|first6=Cyrus|last7=Schubert|first7=Jürgen|last8=Ralph|first8=Daniel C.|last9=Martin|first9=Lane W.|last10=Schlom|first10=Darrell G.|date=2019-11-01|title=आणविक-बीम एपिटॉक्सी के माध्यम से विकसित आयन-विकिरणित बिस्मथ फेराइट परतों के फेरोइलेक्ट्रिक गुण|journal=APL Materials|volume=7|issue=11|pages=111101|doi=10.1063/1.5125809|bibcode=2019APLM....7k1101M|doi-access=free}}</ref> या रासायनिक डोपिंग,<ref>{{Cite journal|last1=Müller|first1=Marvin|last2=Huang|first2=Yen-Lin|last3=Velez|first3=Saul|last4=Ramesh|first4=Ramamoorthy|last5=Fiebig|first5=Manfred|last6=Trassin|first6=Morgan|date=2021-10-04|title=Training the Polarization in Integrated La0.15Bi0.85FeO3-Based Devices|url=https://doi.org/10.1002/adma.202104688|journal=Advanced Materials|volume=33|issue=52|pages=2104688|doi=10.1002/adma.202104688|pmid=34606122|s2cid=238258729|doi-access=free}}</ref> और यह कि उन्हें [[इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी|विद्युतिए 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 |मोनोक्लिनिक]] या[[ चौकोर ]][[समरूपता]] में बदलने और फेरोइलेक्ट्रिक, [[ piezoelectric |पीजो विद्युतिए]] या चुंबकीय गुणों को बदलने के लिए किया जा सकता है।<ref>{{cite journal | last1 = Zeches | first1 = R. J.| last2 = Rossell | first2 = M. D. | last3 = Zhang | first3 = J. X. | last4 = Hatt | first4 = A. J. | last5 = He | first5 = Q. | last6 = Yang | first6 = C.-H. | last7 = Kumar | first7 = A. | last8 = Wang | first8 = C. H. | last9 = Melville | first9 = A. | last10 = Adamo | first10 = C. | last11 = Sheng | first11 = G. | last12 = Chu | first12 = Y.-H. | last13 = Ihlefeld | first13 = J. F. | last14 = Erni | first14 = R. | last15 = Ederer | first15 = C. | last16 = Gopalan | first16 = V. | last17 = Chen | first17 = L. Q. | last18 = Schlom | first18 = D. G. | last19 = Spaldin | first19 = N. A.|author19-link=Nicola Spaldin | last20 = Martin | first20 = L. W. | last21 = Ramesh | first21 = R. | title = A Strain-Driven Morphotropic Phase Boundary in BiFeO3 | journal = [[Science (journal)|Science]] | date = 12 November 2009 | volume = 326 | issue = 5955 | pages = 977–980 | doi = 10.1126/science.1177046 | pmid = 19965507 |bibcode = 2009Sci...326..977Z | s2cid = 21497135| url = http://www.escholarship.org/uc/item/924223fh}}</ref> [[स्पंदित लेजर जमाव]] (पीएलडी) एपिटैक्सियल BiFeO<sub>3</sub> लिए एक बहुत ही सामान्य मार्ग होता है। फिल्म्स, और SrTiO<sub>3</sub> SrRuO<sub>3</sub> को साथ सबस्ट्रेट्स [[इलेक्ट्रोड]] सामान्यतः उपयोग किए जाते है। [[स्पटरिंग]], [[आणविक-बीम एपिटॉक्सी]] (एमबीई),<ref>{{Cite journal|last1=Mei|first1=Antonio B.|last2=Tang|first2=Yongjian|last3=Schubert|first3=Jürgen|last4=Jena|first4=Debdeep|last5=Xing|first5=Huili (Grace)|last6=Ralph|first6=Daniel C.|last7=Schlom|first7=Darrell G.|date=2019-07-01|title=Self-assembly and properties of domain walls in BiFeO3 layers grown via molecular-beam epitaxy|journal=APL Materials|volume=7|issue=7|pages=071101|doi=10.1063/1.5103244|bibcode=2019APLM....7g1101M|doi-access=free}}</ref> [[धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव]] (एमओसीवीडी), [[परमाणु परत जमाव]] (एएलडी), और रासायनिक घोल जमाव एपिटैक्सियल बिस्मथ फेराइट पतली फिल्म तैयार करने के अन्य विधिया होती है। इसके चुंबकीय और विद्युत गुणों के अतिरिक्त बिस्मुथ फेराइट में [[फोटोवोल्टिक]] गुण भी होते है जिन्हें फेरोइलेक्ट्रिक फोटोवोल्टिक (एफपीवी) प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

== अनुप्रयोग ==
एक कमरे के तापमान की बहुलौहिक सामग्री होने के कारण और इसके फेरोइलेक्ट्रिक [[फोटोवोल्टिक]] (एफपीवी) प्रभाव के कारण, बिस्मथ फेराइट में [[चुंबकत्व]], फोटोवोल्टिक आदि के क्षेत्र में कई अनुप्रयोग होते है।

=== फोटोवोल्टिक्स ===
एफपीवी प्रभाव में, प्रकाश के अनुसार फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री में एक फोटोक्रेक्ट उत्पन्न होता है और इसकी दिशा उस सामग्री के फेरोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण पर निर्भर होती है। एफपीवी प्रभाव में पारंपरिक फोटोवोल्टिक उपकरणों के विकल्प के रूप में एक आशाजनक क्षमता होती है। लेकिन मुख्य बाधा यह है कि लिथियम नाइओबेट LiNbO<sub>3</sub> जैसी फेरोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में बहुत कम [[photocurrent|फोटोकरंट]] उत्पन्न होता है,<ref>[http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/25/4/10.1063/1.1655453%20%5B12<nowiki>A. 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</nowiki>]</ref> जो इसके बड़े ऊर्जा अंतराल और कम चालकता के कारण होता है। इस दिशा में बिस्मुथ फेराइट ने एक बड़े फोटोकरंट प्रभाव और ऊर्जा अंतराल वोल्टेज के ऊपर एक बड़ी क्षमता दिखाई है।<ref name="YangSYSeidelJByrnesSJShaferPYangCHRossellMDYuPChuYHScottJFAgerJWMartinLWRameshR">{{cite journal|last1=Yang|first1=S.Y.|last2=Seidel|first2=J.|last3=Byrnes|first3=S.J.|last4=Shafer|first4=P.|last5=Yang|first5=C.H.|last6=Rossell|first6=M.D.|last7=Yu|first7=P.|last8=Chu|first8=Y.H.|last9=Scott|first9=J.F.|last10=Ager|first10=J.W.|last11=Martin|first11=L.W.|last12=Ramesh|first12=R.|title=फेरोइलेक्ट्रिक फोटोवोल्टिक उपकरणों से ऊपर-बैंडगैप वोल्टेज।|journal=Nature Nanotechnology|volume=5|issue=2|year=2010|pages=143–147|doi=10.1038/nnano.2009.451|pmid=20062051|bibcode = 2010NatNa...5..143Y |url=http://www.escholarship.org/uc/item/6831m90k}}</ref> 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 बिस्मथ फेराइट[[ नैनोकणों | नैनोकणों]] के साथ [[heterojunction|हेटेरो जंक्शन]] का गठन किया गया है।<ref name="ChatterjeeSBeraAPalAJ">{{cite journal|last1=Chatterjee|first1=S.|last2=Bera|first2=A.|last3=Pal|first3=A.J.|title=p–i–n Heterojunctions with BiFeO3 Perovskite Nanoparticles and p- and n-Type Oxides: Photovoltaic Properties|journal=ACS Applied Materials & Interfaces|volume=6|issue=22|year=2014|pages=20479–20486|doi=10.1021/am506066m|pmid=25350523|url=https://ir.lib.uwo.ca/cgi/viewcontent.cgi?article=1058&context=biophysicspub}}</ref> इस तरह के प्रयासों के अतिरिक्त भी बिस्मथ फेराइट से प्राप्त ऊर्जा रूपांतरण दक्षता अभी भी बहुत कम होती है।

== संदर्भ ==
{{reflist}}

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

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