Beta-tungsten
بیٹا ٹانگسٹن (β-W) ٹانگسٹن کا ایک میٹاسٹیبل مرحلہ ہے جو ٹانگسٹن کی پتلی فلموں میں بڑے پیمانے پر دیکھا جاتا ہے۔ اگرچہ عام طور پر موجود مستحکم الفا-ٹونگسٹن (α-W) میں جسم پر مرکوز کیوبک (A2) ڈھانچہ ہوتا ہے، β-W ٹپوولوجیکل طور پر قریبی پیکڈ A15 ڈھانچے کو اپناتا ہے جس میں فی یونٹ سیل میں آٹھ ایٹم ہوتے ہیں، اور یہ 650 ڈگری سیلسیس تک تھرمل اینیلنگ کے ذریعے ناقابل واپسی طور پر مستحکم α مرحلے میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ یہ پایا گیا ہے کہ β-W وشال اسپن ہال اثر رکھتا ہے، جس میں لاگو چارج کرنٹ ایک ٹرانسورس اسپن کرنٹ پیدا کرتا ہے، اور یہ مقناطیسی بے ترتیب رسائی میموری آلات میں ممکنہ ایپلی کیشنز کی طرف جاتا ہے۔ تاریخ β-W کا مشاہدہ سب سے پہلے ہارٹ مین اور دیگر نے کیا تھا۔ 1931 میں فاسفیٹ کے برقی تجزیہ کے بعد کیتھوڈ پر بنے ڈینڈریٹک دھاتی ذخیرے کے حصے کے طور پر 650 ڈگری سینٹی گریڈ سے نیچے پگھل جاتا ہے۔ β-W میں تحقیق کے ابتدائی مراحل میں، آکسیجن عام طور پر β-W ڈھانچے کی تشکیل کو فروغ دینے کے لیے پائی جاتی تھی، اس طرح یہ بحث طویل عرصے سے جاری تھی کہ آیا β-W ڈھانچہ واحد عنصر ٹونگسٹن کا ایک مرحلہ ہے یا ٹونگسٹن سب آکسائیڈ، لیکن 1950 کی دہائی سے بہت سارے تجرباتی ثبوت سامنے آئے ہیں جو یہ ظاہر کرتے ہیں کہ β-W پتلی فلموں میں آکسیجن صفر ویلینس حالت میں ہے، اور اس طرح ڈھانچہ ٹونگسٹن کا ایک حقیقی الاٹروپ ہے۔ اگرچہ β-W پتلی فلموں میں ابتدائی دلچسپی کم درجہ حرارت پر اس کی سپر کنڈکٹنگ خصوصیات کی وجہ سے تھی، لیکن برہان اور دیگر کے ذریعہ β-W پتلی فلموں میں وشال اسپن ہال اثر کی دریافت۔ 2012 میں اسپنٹونک مقناطیسی بے ترتیب رسائی یادوں اور اسپن منطق آلات میں ممکنہ ایپلی کیشنز کے لیے مواد میں نئی دلچسپی پیدا ہوئی ہے۔ ساخت β-W میں خلائی گروپ کے ساتھ ایک کیوبک A15 ڈھانچہ ہے، جس کا تعلق فرینک-کیسپر فیزز فیملی سے ہے۔ ہر اکائی خلیے میں آٹھ ٹونگسٹن ایٹم ہوتے ہیں۔ اس ساخت کو ایک کیوبک جالی کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے جس کے ہر کونے میں ایک ایٹم، مرکز میں ایک ایٹم، اور ہر چہرے پر دو ایٹم ہوتے ہیں۔ دو غیر مساوی ٹونگسٹن سائٹس ہیں جو بالترتیب وائکوف پوزیشنوں سے مطابقت رکھتی ہیں۔ پہلی جگہ پر، وائکوف پوزیشن، ہر ٹونگسٹن ایٹم بارہ مساوی ڈبلیو ایٹموں سے جڑا ہوا ہے تاکہ ایج-اور فیس شیئرنگ ڈبلیو ڈبلیو 12 کیوبوکٹاہیڈراٹنگسٹن کا مرکب تشکیل دیا جا سکے۔ دوسری جگہ پر، وائکوف پوزیشن کے ساتھ، ہر ٹونگسٹن ایٹم چودہ پڑوسی ٹونگسٹن ایٹموں سے جڑا ہوا ہے، اور W-W بانڈ کی لمبائی کا پھیلاؤ 2.54 سے 3.12 Å تک ہے۔ β-W کا تجرباتی طور پر ماپا گیا جالی پیرامیٹر 5.036 Å ہے، جبکہ DFT کی حساب شدہ قیمت 5.09 Å ہے۔ خصوصیات β-W کی دو کلیدی خصوصیات اچھی طرح سے قائم کی گئی ہیں: اعلی برقی مزاحمت اور وشال اسپن ہال اثر۔ اگرچہ عین مطابق قیمت تیاری کے حالات پر منحصر ہے، β-W کی برقی مزاحمت α-W (5.3 μΩ.cm) سے کم از کم پانچ سے دس گنا زیادہ ہے، اور یہ اعلی چالکتا 5 سے 380 K کے درجہ حرارت کی حد میں تقریبا تبدیل نہیں ہوگی، جس سے β-W ایک ممکنہ پتلی فلم مزاحم بن جاتا ہے جبکہ α-W ایک پتلی فلم موصل ہے۔ β-W کی پتلی فلمیں 0.30 ± 0.02 کے اسپن ہال زاویہ اور تقریبا 3.5 nm کی اسپن پھیلاؤ کی لمبائی کے ساتھ ایک بڑا اسپن ہال اثر ظاہر کرتی ہیں۔ اس کے برعکس، α-W 0.07 سے کم کا بہت چھوٹا اسپن ہال زاویہ اور تقابلی اسپن پھیلاؤ کی لمبائی ظاہر کرتا ہے۔ اسپن ہال اثر میں، غیر مقناطیسی مواد کے ذریعے لانگٹیوڈینل برقی کرنٹ کا اطلاق اسپن آربٹ تعامل کی وجہ سے ایک ٹرانسورس اسپن کرنٹ پیدا کرتا ہے، اور اسپن ہال زاویہ کو ٹرانسورس اسپن کرنٹ کثافت اور لانگٹیوڈینل برقی کرنٹ کثافت کے تناسب کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ β-W کا اسپن ہال زاویہ اسپن ٹارک پیدا کرنے کے لیے کافی بڑا ہے جو اسپن ہال اثر کے ذریعے ملحقہ مقناطیسی تہوں کی مقناطیسیت کو پلٹانے یا ترتیب دینے کے قابل ہے۔ تیاری اگرچہ ہائیڈروجن میں کمی کے رد عمل جیسے کیمیائی طریقوں سے β-W کی تیاری کے بارے میں کچھ اطلاعات موصول ہوئی ہیں، لیکن حالیہ تیس سالوں میں تقریبا تمام رپورٹ شدہ β-W کو اسپٹر جمع کرنے کے ذریعے تیار کیا گیا ہے، جو کہ ایٹم بہ ایٹم فزیکل بخارات جمع کرنے (PVD) کی تکنیک ہے۔ سپٹر کے جمع ہونے میں، ٹونگسٹن کے ہدف پر آئنائزڈ گیس کے مالیکیولز (عام طور پر آر) سے بمباری کی جاتی ہے، جس کی وجہ سے ٹونگسٹن کے ایٹم پلازما میں "پھیل جاتے ہیں"۔ یہ بخارات والے ایٹم اس وقت جمع ہوتے ہیں جب وہ لیپت کیے جانے والے سبسٹریٹ پر ایک پتلی فلم کے طور پر گاڑھا ہوتے ہیں۔ سپٹر کے جمع ہونے کے ذریعے β-W کی تشکیل بیس پریشر، آر پریشر، سبسٹریٹ درجہ حرارت، نجاست گیس، جمع ہونے کی شرح، فلم کی موٹائی، سبسٹریٹ کی قسم وغیرہ پر منحصر ہوتی ہے۔ یہ وسیع پیمانے پر مشاہدہ کیا گیا ہے کہ آکسیجن یا نائٹروجن گیس کا بہاؤ β-W کی تشکیل میں مدد کر سکتا ہے اور ضروری ہے، لیکن حال ہی میں جمع ہونے کے دوران کسی بھی ناپاک گیس میں ڈالے بغیر β-W کی تیاری کے بارے میں بھی اطلاعات موصول ہوئی ہیں۔ حوالہ جات ٹونگسٹن ایلوٹروپس