Beta-tungsten
બીટા-ટંગસ્ટન (β-W) એ ટંગસ્ટનનો મેટાસ્ટેબલ તબક્કો છે જે ટંગસ્ટનની પાતળી ફિલ્મોમાં વ્યાપકપણે જોવા મળે છે. જ્યારે સામાન્ય રીતે અસ્તિત્વમાં રહેલા સ્થિર આલ્ફા-ટંગસ્ટન (α-W) શરીર-કેન્દ્રિત ઘન (A2) માળખું ધરાવે છે, ત્યારે β-W એકમ કોષ દીઠ આઠ અણુઓ ધરાવતું ટોપોલોજીકલી ક્લોઝ-પેક્ડ A15 માળખું અપનાવે છે, અને તે 650 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીના થર્મલ એનિલિંગ દ્વારા સ્થિર α તબક્કામાં અપરિવર્તનીય રીતે પરિવર્તિત થાય છે. એવું જાણવા મળ્યું છે કે β-W વિશાળ સ્પિન હોલ અસર ધરાવે છે, જેમાં લાગુ કરાયેલ ચાર્જ કરંટ ત્રાંસા સ્પિન કરંટ પેદા કરે છે, અને આ મેગ્નેટોરેસિસ્ટિવ રેન્ડમ એક્સેસ મેમરી ઉપકરણોમાં સંભવિત કાર્યક્રમો તરફ દોરી જાય છે. ઇતિહાસ β-W સૌપ્રથમ હાર્ટમેન એટ અલ દ્વારા જોવામાં આવ્યો હતો. 1931માં ફોસ્ફેટના વિદ્યુત વિચ્છેદન પછી કેથોડ પર રચાયેલી ડેંડ્રાઇટિક ધાતુની થાપણના ભાગરૂપે 650 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે પીગળી જાય છે. β-W માં સંશોધનના પ્રારંભિક તબક્કામાં, ઓક્સિજન સામાન્ય રીતે β-W માળખાની રચનાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે જોવા મળતો હતો, આમ β-W માળખું સિંગલ-એલિમેન્ટ ટંગસ્ટન અથવા ટંગસ્ટન સબઓક્સાઇડનો તબક્કો છે કે કેમ તે અંગે ચર્ચાઓ લાંબા સમયથી ચાલી રહી હતી, પરંતુ 1950ના દાયકાથી ઘણા પ્રાયોગિક પુરાવાઓ છે જે દર્શાવે છે કે β-W પાતળા પડદાઓમાં ઓક્સિજન શૂન્ય સંયોજક સ્થિતિમાં છે, અને આમ માળખું ટંગસ્ટનનું સાચું એલોટ્રોપ છે. જ્યારે β-W પાતળા ચલચિત્રોમાં પ્રારંભિક રસ નીચા તાપમાને તેના સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મો દ્વારા ચલાવવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે બુરમન એટ અલ દ્વારા β-W પાતળા ચલચિત્રોમાં વિશાળ સ્પિન હોલ અસરની શોધ. 2012 માં સ્પિંટ્રોનિક મેગ્નેટિક રેન્ડમ એક્સેસ મેમરીઝ અને સ્પિન-લોજિક ઉપકરણોમાં સંભવિત એપ્લિકેશનો માટે સામગ્રીમાં નવી રુચિ પેદા કરી છે. માળખું β-W એ અવકાશ જૂથ સાથે ઘન A15 માળખું ધરાવે છે, જે ફ્રેન્ક-કેસ્પર તબક્કા પરિવાર સાથે સંબંધિત છે. દરેક એકમ કોષમાં આઠ ટંગસ્ટન પરમાણુ હોય છે. આ માળખાને દરેક ખૂણામાં એક અણુ, કેન્દ્રમાં એક અણુ અને દરેક ચહેરા પર બે અણુઓ સાથે ઘન જાળી તરીકે જોઈ શકાય છે. વાયકોફની સ્થિતિને અનુરૂપ અનુક્રમે બે અસમાન ટંગસ્ટન સાઇટ્સ છે. પ્રથમ સાઇટ પર, વાયકોફ પોઝિશન પર, દરેક ટંગસ્ટન અણુ બાર સમકક્ષ ડબલ્યુ અણુઓ સાથે બંધાયેલ છે, જે ધાર-અને ચહેરો-વહેંચણી ડબલ્યુડબલ્યુ 12 ક્યુબોક્ટાહેડ્રેટંગસ્ટેનનું મિશ્રણ બનાવે છે. બીજી સાઇટ પર, વાયકોફ સ્થિતિ સાથે, દરેક ટંગસ્ટન અણુ ચૌદ પડોશી ટંગસ્ટન અણુઓ સાથે બંધાયેલ છે, અને ત્યાં 2.54 થી 3.12 Å સુધીની ડબલ્યુ-ડબલ્યુ બોન્ડ લંબાઈનો ફેલાવો છે. β-W નું પ્રાયોગિક રીતે માપવામાં આવેલ જાળી પરિમાણ 5.036 Å છે, જ્યારે DFT ની ગણતરી કરેલ કિંમત 5.09 Å છે. ગુણધર્મો β-W ના બે મુખ્ય ગુણધર્મો સારી રીતે સ્થાપિત થયા છેઃ ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિકારકતા અને વિશાળ સ્પિન હોલ અસર. ચોક્કસ મૂલ્ય તૈયારીની પરિસ્થિતિઓ પર આધાર રાખે છે, તેમ છતાં β-W ની વિદ્યુત પ્રતિકારકતા α-W (5.3 μΩ.cm) કરતા ઓછામાં ઓછી પાંચથી દસ ગણી વધારે છે, અને આ ઉચ્ચ વાહકતા 5 થી 380 K ની તાપમાન શ્રેણીમાં લગભગ અપરિવર્તિત રહેશે, જે β-W ને સંભવિત પાતળા ફિલ્મ પ્રતિરોધક બનાવે છે જ્યારે α-W પાતળા ફિલ્મ વાહક છે. β-W ની પાતળી ફિલ્મો 0.30 ± 0.02 ના સ્પિન હોલ ખૂણા અને આશરે 3.5 nm ની સ્પિન-પ્રસરણ લંબાઈ સાથે વિશાળ સ્પિન હોલ અસર દર્શાવે છે. તેનાથી વિપરીત, α-W 0.07 કરતા ઓછો સ્પિન હોલ કોણ અને તુલનાત્મક સ્પિન-પ્રસરણ લંબાઈ દર્શાવે છે. સ્પિન હોલ અસરમાં, બિનચુંબકીય સામગ્રી દ્વારા સમાંતર વિદ્યુત પ્રવાહનો ઉપયોગ સ્પિન-ભ્રમણકક્ષાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે અનુપ્રસ્થ સ્પિન પ્રવાહ પેદા કરે છે, અને સ્પિન હોલ કોણને અનુપ્રસ્થ સ્પિન વર્તમાન ઘનતા અને સમાંતર વિદ્યુત પ્રવાહ ઘનતાના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. β-W નો સ્પિન હોલ કોણ સ્પિન ટોર્ક પેદા કરવા માટે પૂરતો મોટો છે જે સ્પિન હોલ અસરના માધ્યમથી નજીકના ચુંબકીય સ્તરોના ચુંબકીયકરણને પૂર્વગમનમાં ફેરવવા અથવા સેટ કરવા માટે સક્ષમ છે. તૈયારી જ્યારે હાઇડ્રોજન ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા જેવી રાસાયણિક પદ્ધતિઓ સાથે β-W તૈયાર કરવા વિશે કેટલાક અહેવાલો આવ્યા છે, ત્યારે તાજેતરના ત્રીસ વર્ષોમાં લગભગ તમામ નોંધાયેલ β-W સ્પટર ડિપોઝિશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે, જે અણુ-દ્વારા-અણુ ભૌતિક વરાળ ડિપોઝિશન (PVD) તકનીક છે. સ્પટર ડિપોઝિશનમાં, ટંગસ્ટન લક્ષ્ય પર આયનીકૃત વાયુ પરમાણુઓ (સામાન્ય રીતે એ. આર.) વડે બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે, જેના કારણે ટંગસ્ટન પરમાણુઓ પ્લાઝ્મામાં "ફાટી" જાય છે. આ બાષ્પીભવન થયેલા અણુઓ પછી જમા થાય છે જ્યારે તેઓ કોટેડ કરવા માટેના સબસ્ટ્રેટ પર પાતળા ફિલ્મ તરીકે ઘનીકરણ કરે છે. સ્પટર ડિપોઝિશન દ્વારા β-W ની રચના બેઝ પ્રેશર, એઆર પ્રેશર, સબસ્ટ્રેટ તાપમાન, અશુદ્ધિ ગેસ, ડિપોઝિશન દર, ફિલ્મ જાડાઈ, સબસ્ટ્રેટ પ્રકાર વગેરે પર આધાર રાખે છે. તે વ્યાપકપણે જોવામાં આવ્યું છે કે ઓક્સિજન અથવા નાઇટ્રોજન ગેસનો પ્રવાહ મદદ કરી શકે છે અને β-W ની રચના માટે જરૂરી છે, પરંતુ તાજેતરમાં જમા દરમિયાન કોઈપણ અશુદ્ધિ ગેસમાં મૂક્યા વિના β-W તૈયાર કરવા અંગેના અહેવાલો પણ આવ્યા છે. સંદર્ભો ટંગસ્ટન એલોટ્રોપ્સ