नवीन और तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण सामग्रियों का विकास, विशेष रूप से एकल क्रिस्टल के रूप में, मानव सभ्यता के वैज्ञानिक और तकनीकी विकास के लिए आधारशिला के रूप में कार्य करता है। उच्च गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल कई नई और मौजूदा तकनीकों का एक अभिन्न अंग हैं।
एकल क्रिस्टल इस संबंध में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और अक्सर सामग्री की पूर्ण कार्यक्षमता प्राप्त करने के साथ-साथ इसके गुणों का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए आवश्यक होते हैं। इसलिए, वर्षों से तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण क्रिस्टल का विकास
और लक्षण वर्णन सामग्री-विज्ञान अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण क्षेत्र के रूप में विकसित हुआ है।
एकल क्रिस्टल के विकास के लिए विभिन्न तकनीकों का प्रयोग किया जाता है। कुछ महत्वपूर्ण विकास तकनीकें नीचे वर्णित की गई हैं::
एलएफएमडी में विभिन्न विकास तकनीकों का उपयोग करके लेजर-होस्ट, गैर-रैखिक ऑप्टिकल, फेरोइलेक्ट्रिक और डिटेक्टर अनुप्रयोगों के लिए कई एकल क्रिस्टल सम्वर्धित किये जाते हैं।
साथ ही सटीक नियंत्रण और उच्च तापमान स्थिरता वाले क्रिस्टल ग्रोथ वर्कस्टेशन को इन-हाउस डिजाइन और विकसित किया गया है। एक्सआरडी, एफटीआईआर, डीएससी, टीजी-डीटीए, ध्रुवीकरण प्रकाश माइक्रोस्कोप, ऑप्टिकल इंटरफेरोमीटर, थर्मो-ल्यूमिनेसेंस सेट अप, हिस्टैरिसीस लूप ट्रेसर, प्रतिबाधा विश्लेषक आदि जैसे डिवीजन में उपलब्ध चरित्ररणरज्जु सुविधाओं का उपयोग करके सम्वर्धित क्रिस्टल के गुणों का वर्ण-पत्र प्राप्त किया जाता है। सम्वर्धित क्रिस्टल का उपयोग करके कई उपकरण तैयार किए गए हैं।
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गैर-रैखिक ऑप्टिकल क्रिस्टल
मुख्य बातें:
कई गैर-रेखीय ऑप्टिकल क्रिस्टल जैसे पोटेशियम डाइ-हाइड्रोजन फॉस्फेट (KDP), ड्यूटेरेटेड पोटेशियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (DKDP), स्टोचियोमेट्रिक और सर्वांगसम लिथियम नाइओबेट (LN) और लिथियम टैंटलेट (LT),
पोटेशियम टाइटेनाइल फॉस्फेट (KTP), बोरेट्स आदि समाधान और पिघल विकास तकनीकों द्वारा सम्वर्धित किये जाते है।
ये क्रिस्टल लेजर के समस्वर उत्पादन, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन अनुप्रयोगों हेतु सम्वर्धित किये जाते हैं।
केडीपी क्रिस्टल आकार में 116 x 92 x 116 मिमी3 तथा ्रव्यमान 2.6 किलो का सम्वर्धित किया गया है।
बड़े व्यास के लीथियम नाइओबेट (व्यास: 70 मि. मी.) और लीथियम टैंटलेट (व्यास: 50 मि.मी.) क्रिस्टल सम्वर्धित किये गए हैं।
अच्छी गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के विकास के लिए मरकरी सील तकनीक (डूबे हुए प्रारम्भिक क्रिस्टल के साथ विलयन को संसाधित करने के लिए), फ्लैट-टॉप तकनीक (उपयोग योग्य मात्रा बढ़ाने के लिए), न्यूक्लिएशन-ट्रैप क्रिस्टलाइज़र (अवंछित यूक्लिएशन का सम्वर्धन रोकने के लिए)
जैसे कई नवाचारों की अवधारणा और कार्यान्वयन किया गया है।
कई एसएचजी तत्वों और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का निर्माण और परीक्षण किया गया है।
1. निम्न तापमान विलयन विकास विधि द्वारा सम्वर्धित क्रिस्टल
मल्टीफेरोइक पदार्थों के भौतिक गुणों में वैज्ञानिक रुचि के अतिरिक्त इनमें एक्चुएटर, स्विच, चुंबकीय क्षेत्र सेंसर और नए प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक मेमोरी उपकरणों के रूप में अनुप्रयोगों की क्षमता है।
LaMnO3
YMnO3
GdFeO3
SmFeO3
GaFeO3
YFeO3
एकल क्रिस्टल पर अनुसंधान जांच
1. पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल पर अनुसंधान जांच
(a)PLM के तहत BCT-BZT में देखे गए डोमेन (आवर्धन: 5x);
(b) हीटिंग और कूलिंग के दौरान BCT-BZT की तापमान पर निर्भर PLM छवि;
(c) (001) BCT-BZT हेतु तापमान पर निर्भर पारद्युतिक स्थिरांक एवं प्रवृत्ति;
(d) BCT-BZT हेतु विभिन्न विद्युत क्षेत्र में विद्युत-कैलोरी तापमान परिवर्तन;
(e) NKBT हेतु पी-ई हिस्टैरिसीस लूप्स.
विवरण के लिए देखें:
J. Crystal Growth, 375 (2013) 20.
Applied Physics Letters, 102 (2013) 082902.
Materials Science and Engineering B 185 (2014) 60.
Materials Science and Engineering B 185 (2014) 134.
Materials Research Bulletin 53 (2014) 136.
2. अनडोप्ड और डोप्ड गैलियम ऑक्साइड क्रिस्टल पर जांच
(a) अनडॉप्ड और Sn डोपेड Ga2O3 अवयव का (004) हेतु पीक एवं रॉकिंग कर्व (शिफ्ट Sn डोप्ड क्रिस्टल में लैटिस के विस्तार के कारण है);
(b) ऑप्टिकल ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रा (5% ऑक्सीजन में विकसित क्रिस्टल तरंग दैर्ध्य पर व्यापक अवशोषण प्रदर्शित करता है);
(c) तापमान पर निर्भर पीएल स्पेक्ट्रा;
(d) लैटिस आयतन और ऑप्टिकल बैंड गैप पर Al डोपिंग का प्रभाव;
(e) अनडॉप्ड β-Ga2O3 हेतु अपवर्तक सूचकांक और सेलमेयर फिटिंग.
विवरण के लिए देखें:
Applied Optics, 50 (2011) 6006.
Optical Materials 109 (2020) 110351.
3. Cr को-डॉप्ड Nd: GdVO4 लेज़र गेन क्रिस्टल का असामान्य अवशोषण और उत्सर्जन की विशिष्टता
ं निम्न और उच्च Cr सांद्रता के अलग-अलग परिवेश में विकसित Nd:GdVO4 क्रिस्तल हेतु π-ध्रुवीकृत अवशोषण स्पेक्ट्रा।
विवरण के लिए देखें:
J. Alloys and Compounds 886 (2021) 161182.
4. Nd co-doped Yb:YVO4 सिंगल क्रिस्टल के ऑप्टिकल और स्पेक्ट्रोस्कोपिक गुणों की जांच
Nd सह-मिश्रित Yb:YVO4 क्रिस्टल का अवशोषण स्पेक्ट्रा π-ध्रुवीकरण पीएल तीव्रता Nd:Yb:YVO4
808 एनएम पर उत्तेजित किये जाने पर
विवरण के लिए देखें:
J. Luminescence 231 (2021) 117736.
5. Nd मिश्रित GdVO4 सिंगल क्रिस्टल के स्पेक्ट्रोस्कोपिक गुण और जुड-ऑफेल्ट विश्लेषण
808 एनएम पर उत्तेजित किये जाने पर Nd:GdVO4 की सापेक्ष पीएल तीव्रता:
Nd 0.6 आण% मिश्रित GdVO4 की प्रतिदीप्ति क्षय
विवरण के लिए देखें:
Opt. Materials 92 (2019) 379.
6. Nd:Cr:YVO4 सिंगल क्रिस्टल में क्रोमियम की ऑक्सीकरण अवस्था पर ऑक्सीजन के आंशिक दबाव का प्रभाव
विभिन्न ऑक्सीजन वायुमंडल, अर्थात् वायु, 25%, 75% और 100% ऑक्सीजन में विकसित क्रिस्टल का अवशोषण स्पेक्ट्रम।
इनसेट: 2A1→ 2B2 ट्रांज़िशन के लिए तुलना।
विवरण के लिए देखें:
Cryst. Growth Des., 13 (2013) 3878.
7. SrxBa(1−x)Nb2O6 लेड-फ्री फेरोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल में द्विध्रुवी इलेक्ट्रो-कैलोरी प्रभाव (ECE)
(a) 75SBN (x=0.75), (b) 61SBN (x=0.61) और (c) 50SBN (x=0.5) के लिए विभिन्न लागू विद्युत क्षेत्रों में तापमान
के फलन के रूप में इलेक्ट्रो-कैलोरी तापमान परिवर्तन (ΔT)। क्षेत्र- I और क्षेत्र- II क्रमशः नकारात्मक और सकारात्मक ECE दर्शाते हैं
विवरण के लिए देखें:
Europhysics Letters, 107 (2014) 47001.
क्रिस्टल विकास तकनीकों के लिए नवाचार
अच्छी गुणवत्ता वाले क्रिस्टल के विकास के लिए मरकरी सील तकनीक (डूबे हुए प्रारम्भिक क्रिस्टल के साथ विलयन को संसाधित करने के लिए),
फ्लैट-टॉप तकनीक (उपयोग योग्य मात्रा बढ़ाने के लिए), न्यूक्लिएशन-ट्रैप क्रिस्टलाइज़र (अवांछित न्यूक्लिएशन को अवरुद्ध करने के लिए) जैसे कई नवाचारों की अवधारणा और कार्यान्वयन किया गया है।
एक नई सीडिंग तकनीक विकसित की गई है जो प्रारम्भिक क्रिस्टल की न्यूनतम क्षति के साथ संधारण तापमान की त्वरित स्थापना में मदद करती है।
1. मरकरी सील तकनीक (डूबे हुए प्रारम्भिक क्रिस्टल के साथ विलयन को संसाधित करने के लिए)
संधारण समनुक्रम का रेखाचित्र
विवरण के लिए देखें:
J. Crystal Growth, 289 (2006) 617.
2. फ्लैट-टॉप तकनीक (उपयोग योग्य मात्रा बढ़ाने के लिए)
फ्लैट-टॉप तकनीक का रेखाचित्र
विवरण के लिए देखें:
Optical Materials 46 (2015) 329.
3. न्यूक्लिएशन-ट्रैप क्रिस्टलाइज़र (अवांछित न्यूक्लिएशन को अवरुद्ध करने के लिए)
संधारण समनुक्रम का रेखाचित्र
विवरण के लिए देखें:
J. Crystal Growth 297 (2006) 152.
4. Novel seeding technique
संधारण प्रारम्भ करने की प्रक्रिया का विवरण। (a) प्रारम्भिक क्रिस्टल की नोक पिघले हुए घोल के शीर्ष को छूती है।
(b) प्रारम्भिक क्रिस्टल को ऊपर खींच लिया जाता है, लेकिन प्रष्ठ तनाव के कारण पिघले हुए घोल के संपर्क में रहता है।
विवरण के लिए देखें:
J. Crystal Growth, 243 (2002) 522.