Beta-tungsten
बीटा-टंगस्टन (β-W) टंगस्टन का एक मेटास्टेबल चरण है जो टंगस्टन की पतली फिल्मों में व्यापक रूप से देखा जाता है। जबकि आम तौर पर मौजूद स्थिर अल्फा-टंगस्टन (α-W) में एक शरीर-केंद्रित घन (A2) संरचना होती है, β-W प्रति इकाई कोशिका में आठ परमाणुओं वाली स्थलाकृतिक रूप से निकट-पैक A15 संरचना को अपनाता है, और यह 650 डिग्री सेल्सियस तक के थर्मल एनीलिंग के माध्यम से अपरिवर्तनीय रूप से स्थिर α चरण में बदल जाता है। यह पाया गया है कि β-W में विशाल स्पिन हॉल प्रभाव होता है, जिसमें लागू चार्ज करंट एक अनुप्रस्थ स्पिन करंट उत्पन्न करता है, और यह चुम्बकीय यादृच्छिक अभिगम स्मृति उपकरणों में संभावित अनुप्रयोगों की ओर ले जाता है। इतिहास β-W को पहली बार हार्टमैन एट अल द्वारा देखा गया था। 1931 में फॉस्फेट के विद्युत अपघटन के बाद कैथोड पर बने डेंड्राइटिक धातु जमा के हिस्से के रूप में 650 डिग्री सेल्सियस से नीचे पिघल जाता है। β-W में अनुसंधान के शुरुआती चरणों में, ऑक्सीजन को आमतौर पर β-W संरचना के गठन को बढ़ावा देने के लिए पाया गया था, इस प्रकार इस बात पर चर्चा कि क्या β-W संरचना एकल-तत्व टंगस्टन या टंगस्टन सबऑक्साइड का एक चरण है, लंबे समय से चली आ रही थी, लेकिन 1950 के दशक से बहुत सारे प्रयोगात्मक प्रमाण हैं जो दर्शाते हैं कि β-W पतली फिल्मों में ऑक्सीजन शून्य संयोजकता अवस्था में है, और इस प्रकार संरचना टंगस्टन का एक वास्तविक समरूप है। जबकि β-W पतली फिल्मों में प्रारंभिक रुचि कम तापमान पर इसके सुपरकंडक्टिंग गुणों से प्रेरित थी, बर्मन एट अल द्वारा β-W पतली फिल्मों में विशाल स्पिन हॉल प्रभाव की खोज। 2012 में स्पिंट्रोनिक मैग्नेटिक रैंडम एक्सेस मेमोरीज और स्पिन-लॉजिक उपकरणों में संभावित अनुप्रयोगों के लिए सामग्री में नई रुचि पैदा हुई है। संरचना β-W में अंतरिक्ष समूह के साथ एक घन A15 संरचना है, जो फ्रैंक-कैस्पर चरण परिवार से संबंधित है। प्रत्येक इकाई कोशिका में आठ टंगस्टन परमाणु होते हैं। संरचना को एक घन जाली के रूप में देखा जा सकता है जिसमें प्रत्येक कोने में एक परमाणु, केंद्र में एक परमाणु और प्रत्येक चेहरे पर दो परमाणु होते हैं। विकॉफ की स्थिति के अनुरूप क्रमशः दो असमान टंगस्टन स्थल हैं। पहली साइट पर, विकॉफ स्थिति, प्रत्येक टंगस्टन परमाणु को बारह समतुल्य डब्ल्यू परमाणुओं से जोड़ा जाता है ताकि किनारे-और चेहरे-साझाकरण डब्ल्यूडब्ल्यू12 क्यूबोक्टाहेड्रेटंगस्टन का मिश्रण बनाया जा सके। दूसरी साइट पर, विकॉफ स्थिति के साथ, प्रत्येक टंगस्टन परमाणु चौदह पड़ोसी टंगस्टन परमाणुओं से बंधा होता है, और डब्ल्यू-डब्ल्यू बंधन की लंबाई 2.54 से 3.12 Å तक होती है। β-W का प्रयोगात्मक रूप से मापा गया जाली पैरामीटर 5.036 Å है, जबकि DFT का गणना मूल्य 5.09 Å है। गुण β-W के दो प्रमुख गुण अच्छी तरह से स्थापित किए गए हैंः उच्च विद्युत प्रतिरोधकता और विशाल स्पिन हॉल प्रभाव। हालांकि सटीक मूल्य तैयारी की स्थितियों पर निर्भर करता है, β-W की विद्युत प्रतिरोधकता α-W (5.3 μΩ.cm) की तुलना में कम से कम पांच से दस गुना अधिक है, और यह उच्च चालकता 5 से 380 K की तापमान सीमा में लगभग अपरिवर्तित रहेगी, जिससे β-W एक संभावित पतली फिल्म प्रतिरोधी बन जाएगा जबकि α-W एक पतली फिल्म कंडक्टर है। β-W की पतली फिल्में 30 ± 0.02 के स्पिन हॉल कोण और लगभग 3.5 nm की स्पिन-प्रसार लंबाई के साथ एक विशाल स्पिन हॉल प्रभाव प्रदर्शित करती हैं। इसके विपरीत, α-W 0.07 से कम का बहुत छोटा स्पिन हॉल कोण और एक तुलनीय स्पिन-प्रसार लंबाई प्रदर्शित करता है। स्पिन हॉल प्रभाव में, एक गैर-चुंबकीय सामग्री के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य विद्युत प्रवाह का अनुप्रयोग स्पिन-कक्षा परस्पर क्रिया के कारण एक अनुप्रस्थ स्पिन प्रवाह उत्पन्न करता है, और स्पिन हॉल कोण को अनुप्रस्थ स्पिन वर्तमान घनत्व और अनुदैर्ध्य विद्युत वर्तमान घनत्व के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। β-W का स्पिन हॉल कोण स्पिन टॉर्क उत्पन्न करने के लिए काफी बड़ा है जो स्पिन हॉल प्रभाव के माध्यम से आसन्न चुंबकीय परतों के चुंबकत्व को पूर्व गति में फ़्लिप या सेट करने में सक्षम है। तैयारी जबकि हाइड्रोजन रिडक्शन रिएक्शन जैसी रासायनिक विधियों के साथ β-W तैयार करने के बारे में कुछ रिपोर्टें आई हैं, हाल के तीस वर्षों में लगभग सभी रिपोर्ट किए गए β-W को स्पटर डिपोजिशन के माध्यम से तैयार किया जाता है, जो एक परमाणु-दर-परमाणु भौतिक वाष्प डिपोजिशन (PVD) तकनीक है। स्पटर निक्षेपण में, एक टंगस्टन लक्ष्य पर आयनित गैस अणुओं (आमतौर पर एआर) के साथ बमबारी की जाती है, जिससे टंगस्टन परमाणु प्लाज्मा में "फूट" जाते हैं। इन वाष्पीकृत परमाणुओं को तब जमा किया जाता है जब वे लेपित किए जाने वाले सब्सट्रेट पर एक पतली परत के रूप में संघनित होते हैं। स्पटर निक्षेपण के माध्यम से β-W का गठन आधार दबाव, एआर दबाव, सब्सट्रेट तापमान, अशुद्ध गैस, निक्षेपण दर, फिल्म की मोटाई, सब्सट्रेट के प्रकार आदि पर निर्भर करता है। यह व्यापक रूप से देखा गया है कि ऑक्सीजन या नाइट्रोजन गैस का प्रवाह सहायता कर सकता है और β-W के गठन के लिए आवश्यक है, लेकिन हाल ही में निक्षेपण के दौरान किसी भी अशुद्ध गैस में डाले बिना β-W तैयार करने की भी खबरें आई हैं। संदर्भ टंगस्टन एलोट्रोप्स