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Chemistry

एक कार्बनिक चुंबक की रासायनिक वाष्प जमाव, Vanadium Tetracyanoethylene

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

हम जैविक आधारित ferrimagnet वनैडियम tetracyanoethylene के संश्लेषण के वर्तमान (v [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) कम तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के माध्यम से। यह अनुकूलित नुस्खा कश्मीर में 600 से अधिक करने के लिए 400 कश्मीर से क्यूरी तापमान में वृद्धि हुई है और चुंबकीय अनुनाद गुणों में एक नाटकीय सुधार पैदावार।

Abstract

जैविक सामग्री के क्षेत्र में हाल की प्रगति में इस तरह के कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड कम लागत और यांत्रिक लचीलापन सहित पारंपरिक सामग्री, में नहीं मिला लाभ है, जो (OLEDs) के रूप में उपकरणों प्राप्त हुए है। इसी तरह की एक नस में, यह उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स और स्पिन आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स में ऑर्गेनिक्स के उपयोग का विस्तार करने के लिए लाभप्रद होगा। इस काम के लिए कमरे के तापमान जैविक ferrimagnet की पतली फिल्मों के विकास के लिए एक कृत्रिम प्रक्रिया को प्रस्तुत करता है, वनैडियम tetracyanoethylene (वी [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) कम तापमान रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) से। पतली फिल्म <60 डिग्री सेल्सियस पर उगाया जाता है, और सहित substrates की एक विस्तृत विविधता को समायोजित कर सकते हैं, लेकिन सिलिकॉन, कांच, Teflon और लचीला substrates तक सीमित नहीं। conformal के बयान के रूप में अच्छी तरह से नमूनों से पहले और तीन आयामी संरचना के लिए अनुकूल है। इसके साथ ही इस तकनीक से 30 समुद्री मील दूर से कई माइक्रोन से लेकर मोटाई के साथ फिल्मों प्राप्ति कर सकते हैं। हाल की प्रगतिफिल्म विकास के अनुकूलन में जिसका इस तरह के उच्च क्यूरी तापमान (600 कश्मीर), सुधार चुंबकीय एकरूपता, और संकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद लाइन चौड़ाई spintronics और माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक्स में आवेदनों की एक किस्म के लिए (1.5 ग्राम) शो वादा के रूप में गुण, एक फिल्म बनाता है।

Introduction

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जैविक आधारित ferrimagnetic अर्धचालक वनैडियम tetracyanoethylene (वी [TCNE] एक्स, एक्स ~ 2) प्रदर्श कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश और ऐसे लचीलापन, कम लागत के उत्पादन, और रासायनिक tunability के रूप में magnetoelectronic अनुप्रयोगों के लिए कार्बनिक पदार्थों के फायदे का वादा किया। पिछले अध्ययनों संकर 1,2 अकार्बनिक / जैविक और सभी जैविक स्पिन वाल्व 3 सहित spintronic उपकरणों, में कार्यक्षमता का प्रदर्शन किया है, और एक सक्रिय कार्बनिक / अकार्बनिक अर्धचालक heterostructure 4 में एक स्पिन polarizer के रूप में। इसके अलावा, वी [TCNE] एक्स ~ 2 की वजह से अपनी अत्यंत संकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद linewidth 5 करने के लिए उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में शामिल करने के लिए वादा प्रदर्शन किया है।

वी [TCNE] एक्स ~ 6-9 फ़रवरी synthesizing के लिए स्थापित किया गया है जो चार अलग अलग तरीके हैं। वी [TCNE] एक्स ~ 2 पहले powde के रूप में संश्लेषित किया गया थाTCNE और वी की प्रतिक्रिया के माध्यम से dichloromethane में आर (सी 6 एच 6) 6। ये पाउडर एक जैविक आधारित सामग्री में मनाया पहले कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश देने का प्रदर्शन किया। हालांकि, इस सामग्री का पाउडर के रूप पतली फिल्म उपकरणों में अपने आवेदन सीमित अत्यंत हवा के प्रति संवेदनशील है। 2000 में, एक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) विधि वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों 7 बनाने के लिए स्थापित किया गया था। अभी हाल ही में भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) 8 और आणविक परत बयान (एमएलडी) 9 भी पतली फिल्मों के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया गया है। पीवीडी विधि एक अति उच्च निर्वात (UHV) प्रणाली और दोनों पीवीडी की आवश्यकता है और सीवीडी फिल्मों को आसानी से 30 समुद्री मील दूर से कई माइक्रोन से लेकर thicknesses में जमा किया जा सकता है, जबकि एमएलडी तरीकों, फिल्मों से अधिक गहरा 100 एनएम विकसित करने के लिए बहुत लंबे समय की आवश्यकता होती। सीवीडी विधि के साथ उपलब्ध मोटाई की विविधता के अलावा, व्यापक अध्ययन लगातार उच्च क्यू बताते हैं कि फिल्मों अनुकूलित झुकेंगेसंकीर्ण लौह-चुंबकीय अनुनाद (FMR) linewidth (1.5 जी), उच्च क्यूरी तापमान (600 कश्मीर), और चुंबकीय तेज 5 स्विचन: सहित uality के चुंबकीय गुण।

वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों में चुंबकीय आदेश देने के एक अपरंपरागत मार्ग से होकर गुज़रता है। विद्रूप magnetometry माप मजबूत स्थानीय चुंबकीय आदेश देने दिखा, लेकिन एक्स-रे विवर्तन चोटियों के अभाव और कुरूप संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर) 10 आकृति विज्ञान लंबी दूरी की संरचनात्मक आदेश की कमी का पता चलता है। हालांकि, विस्तारित एक्स-रे अवशोषण ठीक-संरचना (EXAFS) प्रत्येक वनैडियम आयन octahedrally 2.084 (5) के एक वनैडियम-नाइट्रोजन बंधन लंबाई के साथ एक मजबूत स्थानीय संरचनात्मक आदेश का संकेत, छह अलग TCNE अणुओं के साथ समन्वित है कि 11 शो अध्ययन करता है। पूरे TCNE भर में वितरित कर रहे हैं, जो कट्टरपंथी anions, - चुंबकत्व TCNE की अयुगल spins के बीच एक antiferromagnetic विनिमय युग्मन से उठता है -अणु, और टी सी के साथ एक स्थानीय ferrimagnetic आदेश देने के लिए अग्रणी वी 2 + आयनों पर spins, ~ अनुकूलित फिल्मों 5 के लिए 600 कश्मीर। कमरे के तापमान चुंबकीय आदेश देने के प्रदर्शन के अलावा, वी [TCNE] एक्स ~ 2 फिल्मों 0.5 eV के bandgap के 12 के साथ semiconducting कर रहे हैं। नोट के अन्य गुणों ~ 150 कश्मीर 13,14, विषम सकारात्मक magnetoresistance 12,15,16, और फोटो प्रेरित चुंबकत्व 13,17,18 के जमने के तापमान नीचे संभव sperimagnetism शामिल हैं।

वी [TCNE] एक्स ~ 2 पतली फिल्मों synthesizing के लिए सीवीडी विधि की वजह से कम तापमान (<60 डिग्री सेल्सियस) और conformal बयान करने के लिए substrates के एक किस्म के साथ संगत है। पिछले अध्ययनों दोनों कठोर और लचीला substrates पर 7 वी [TCNE] एक्स ~ 2 का सफल बयान से पता चला है। इसके अलावा, इस बयान तकनीक जीआर व्यापारियों और के संशोधन के माध्यम से ट्यूनिंग को उधार देता हैowth मापदंडों। 19-22 यहाँ दिखाया गया प्रोटोकॉल की तारीख में सबसे अनुकूलित फिल्मों पैदावार करते हैं, महत्वपूर्ण प्रगति इस विधि की खोज के बाद से फिल्म गुणों में से कुछ में सुधार लाने में किया गया है और आगे लाभ संभव हो सकता है।

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Protocol

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1. संश्लेषण और व्यापारियों की तैयारी

  1. [एट 4 एन] की तैयारी [वी (सीओ) 6] 23
    1. एक नाइट्रोजन glovebox में, ~ में 40 टुकड़े सोडियम धातु का 1.88 छ कटौती और दौर 1 एल तीन-गर्दन नीचे फ्लास्क में निर्जल tetrahydrofuran (THF) के 320 मिलीलीटर में एंथ्रासीन का 14.84 जी के साथ मिश्रण।
      चेतावनी: सोडियम धातु और tetrahydrofuran दोनों अत्यधिक ज्वलनशील हैं।
    2. एच 10 का गठन किया है एनएसी 14 की एक गहरे नीले समाधान जब तक एक नाइट्रोजन वातावरण के तहत आरटी पर 4.5 घंटे के लिए समाधान हलचल।
    3. 0 डिग्री सेल्सियस के लिए समाधान शांत।
    4. एक नाइट्रोजन glovebox में, एक 500 मिलीलीटर में VCL 3 (THF) 3 से 7.48 जी में निर्जल THF की 400 मिलीलीटर जोड़कर दौर नीचे कुप्पी VCL 3 (THF) 3 में से एक गुलाबी-लाल समाधान तैयार है और 1 घंटे के लिए आरटी पर हलचल।
    5. 20 मिनट के लिए 0 डिग्री सेल्सियस के लिए गुलाबी-लाल glovebox से समाधान VCL 3 (THF) 3 और शांत निकालें। पिछले समाधान करने के लिए स्थानांतरणनाइट्रोजन वातावरण के तहत प्रवेशनी के माध्यम से एनएसी 14 एच 10 के tion। इसके अलावा पूरा होने के बाद एक सजातीय गहरे बैंगनी तुरंत समाधान का गठन किया है।
    6. नाइट्रोजन से निकालें और 15 घंटे के लिए हलचल। बर्फ / एन ओ पिघला करने के लिए अनुमति देने के लिए बर्फ बाल्टी में कुप्पी रखकर आर टी करने के लिए धीरे धीरे गर्म।
    7. 0 डिग्री सेल्सियस के लिए फिर से समाधान शांत और कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया कुप्पी भरें। समाधान मिनट के एक मामले में पीले-भूरे रंग के लिए डीप पर्पल से बदल जाएगा।
      चेतावनी: कार्बन मोनोआक्साइड बेहद जहरीला है। यह कदम अकेले नहीं किया जाना चाहिए और एक कार्बन मोनोआक्साइड अलार्म प्रयोगशाला में स्थापित किया जाना चाहिए।
    8. आर टी करने के लिए 15 घंटे के लिए 0 डिग्री सेल्सियस पर एक कार्बन मोनोआक्साइड वातावरण के तहत समाधान और फिर धीरे धीरे गर्म हिलाओ।
    9. वैक्यूम के अंतर्गत THF की, लेकिन सभी 200 मिलीलीटर निकालें। समाधान सरगर्मी जबकि ओ 2 नि: शुल्क पानी की 500 मिलीलीटर जोड़ें। वी (सीओ) 6 आसानी से ऑक्सीकरण हो जाता है और ओ 2 की उपस्थिति एक कम उपज में परिणाम होगा।
    10. जिसके परिणामस्वरूप फ़िल्टरtetraethylammonium ब्रोमाइड की 20.8 जी की रचना की समस्या का समाधान में पीले रंग घोल (ईटी 4 NBR) एच 2 ओ की 200 मिलीलीटर में
    11. यह बेरंग है जब तक ओ 2 नि: शुल्क पानी के साथ फिल्टर केक धो लें।
    12. वैक्यूम के अंतर्गत जिसके परिणामस्वरूप [एट 4 एन] [वी (सीओ) 6] द्वारा वैक्यूम निस्पंदन के घोल और सूखी फ़िल्टर।
    13. स्टोर [एट 4 एन] [वी (सीओ) 6] भविष्य में उपयोग के लिए एक glovebox फ्रीजर में।
  2. वी की तैयारी (सीओ) 6 23
    1. पानी निकलने की टोंटी, ग्लास ट्यूब को जोड़ने के दो रास्ते, और ठंड उंगली के साथ एक निर्वात एडाप्टर के लिए कनेक्शन अंक तेल। केंद्र गर्दन में ठंड उंगली और तीसरे खोलने में पानी निकलने की टोंटी के साथ एक निर्वात अडैप्टर रखें।
    2. एक आर्गन glovebox में, के 100 मिलीग्राम मिश्रण [एट 4 एन] [वी (सीओ) 6] एक चुंबकीय सरगर्मी बार युक्त एक दौर नीचे फ्लास्क में फॉस्फोरिक एसिड की 1 ग्राम के साथ।
    3. कांच दो तरह से जोड़ने टब के माध्यम से एक तीन गर्दन दौर नीचे फ्लास्क दौर नीचे कुप्पी कनेक्टआर्गन glovebox में ई।
    4. Glovebox से सील कर कुप्पी सिस्टम को हटाने और रासायनिक हुड में स्थापित की।
    5. ठंड उंगली मेथनॉल जोड़ें और मेथनॉल जमे हुए है, जब तक एक रंग-, जबकि तरल नाइट्रोजन को जोड़ने के साथ हलचल। दबाव 5 एक्स 10 -2 Torr तक पहुँच जाता है, जब तक एक निर्वात लाइन के लिए पानी निकलने की टोंटी खोलने से नीचे प्रणाली पम्प।
    6. 45 डिग्री सेल्सियस के लिए एक तेल स्नान सेट में दौर नीचे कुप्पी डूब और चुंबकीय सरगर्मी पर बारी। प्रतिक्रिया शुरू होता है एक बार, फॉस्फोरिक एसिड पिघल जाएगा और एक काले-नीले रंग का पाउडर ठंड उंगली पर संघनित।
    7. दबाव बहुत अधिक है क्योंकि एक काला पाउडर दौर नीचे कुप्पी के बजाय ठंड उंगली पर संघनित जब शून्य रेखा खोलें। फिर से बंद करने से पहले वापस 5 एक्स 10 -2 Torr करने के लिए प्रणाली पम्प।
    8. अभिकारकों के सभी मिश्रण करने के लिए आवश्यक के रूप में प्रतिक्रिया कुप्पी घुमाएँ।
    9. दौर नीचे कुप्पी में शेष अवशेषों सफेद ग्रे और अब बुदबुदाती है जब तक प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए अनुमति दें।
    10. एक ठंडा सुरक्षित कंटेनर में तांबे के छर्रों डालो और तरल नाइट्रोजन के साथ शांत करते हैं।
    11. एक micropipette के साथ ठंड उंगली से मेथनॉल निकालें। Glovebox करने के लिए स्थानांतरण के दौरान ठंड रखने के लिए यह ठंड उंगली में ठंडा तांबा छर्रों डालो।
    12. एक आर्गन glovebox में स्थानांतरित करने से पहले कुप्पी सिस्टम बंद तेल और गाढ़ा पानी साफ कर लें।
    13. Glovebox अंदर, फ्लास्क सिस्टम से ठंड उंगली को हटा दें और कागज वजन के एक टुकड़े पर काले वी (सीओ) 6 पाउडर परिमार्जन करने के लिए एक रंग का उपयोग करें।
    14. स्टोर एक आर्गन वातावरण के तहत एक बोतल में वी (सीओ) 6 और आरटी नीचे रहते हैं।
  3. उच्च बनाने की क्रिया द्वारा TCNE का शुद्धिकरण
    1. एक रासायनिक फ्रिज में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध tetracyanoethylene (TCNE) और दुकान में खरीदें।
    2. सक्रिय कार्बन के 0.5 ग्राम ~ साथ TCNE की ~ 5 ग्राम मिश्रण और एक मोर्टार और मूसल के साथ पीस लें।
    3. एक गिलास नाव में TCNE / कार्बन मिश्रण रखें या नाजुक कार्य पोंछे में लपेट और के तल में डालएक शून्य रेखा के साथ एक कुप्पी।
    4. कुप्पी के शीर्ष में एक ठंड उंगली प्लेस और एक क्लैंप के साथ एक साथ दो भागों सील।
    5. ठंड उंगली मेथनॉल जोड़ें और मेथनॉल जमे हुए है, जब तक एक रंग-, जबकि तरल नाइट्रोजन को जोड़ने के साथ हलचल। 70 डिग्री सेल्सियस पर गरम एक तेल स्नान में TCNE युक्त कुप्पी के नीचे रखें।
    6. 10 -4 Torr के दबाव पहुँचने के लिए और उसके बाद शून्य रेखा को बंद करने के लिए वैक्यूम लाइन खोलें।
    7. कभी-कभी दबाव बनाए रखने के लिए वैक्यूम लाइन खुले। उच्च बनाने की क्रिया शुरू होता है के रूप में TCNE ठंड उंगली पर संघनित। कोई और अधिक TCNE ठंड उंगली पर जम जाने के बाद उच्च बनाने की क्रिया समाप्त हो गया है।
    8. एक micropipette के साथ ठंड उंगली से मेथनॉल निकालें।
    9. एक आर्गन glovebox में स्थानांतरित करने से पहले कुप्पी सिस्टम बंद तेल और गाढ़ा पानी साफ कर लें।
    10. Glovebox अंदर, फ्लास्क सिस्टम से ठंड उंगली को हटा दें और कागज वजन के एक टुकड़े पर TCNE पाउडर परिमार्जन करने के लिए एक रंग का उपयोग करें।
    11. एसटूअक्रिय वातावरण के तहत आरटी नीचे एक रेफ्रिजरेटर में शुद्ध TCNE रहे हैं।

2. एक आर्गन glovebox अंदर जमाव प्रणाली की स्थापना

  1. चित्रा 1 ए में दिखाया गया के रूप में एक आर्गन glovebox अंदर रिएक्टर इकट्ठे।
    1. एक वैक्यूम पंप के लिए एक कनेक्शन सेट करें।
    2. एक प्रवाह मीटर और वाल्व माइक्रोमीटर से जुड़ा दो पंक्तियों के बीच एक 3-तरह पानी निकलने की टोंटी को जोड़ने के द्वारा गैस का प्रवाह कनेक्शन सेट करें।
    3. रिएक्टर (भाग एक, चित्रा 1 बी) के चारों ओर कांच हीटर का तार स्लाइड।
    4. Polytetrafluoroethylene (PTFE) धागा सील टेप के साथ एक गिलास स्लाइड लपेटें।
    5. रिएक्टर, भाग ए के दाईं ओर से गिलास स्लाइड लगभग 10 सेमी पुश
    6. पार्ट बी पर एक हे अंगूठी प्लेस और रिएक्टर के सही पक्ष में स्लाइड। एक क्लैंप के साथ एक साथ दो टुकड़ों में शामिल हों।
    7. भाग एक पर नीचे कनेक्शन के लिए एक निर्वात लाइन अटैच और शीर्ष कनेक्शन के लिए गेज देते हैं।
    8. एक नाव भरने रखेंTCNE रिएक्टर के सबसे भाग में बैठ जाएगा तो यह है कि अंत निकट भाग सी में शुद्ध TCNE के साथ एड।
    9. भाग सी के कनेक्शन तेल और रिएक्टर के बाईं ओर में स्लाइड।
    10. भाग बी के अधिकार के अंत में वी (सीओ) 6 और स्लाइड के साथ भरा टी नाव के दोनों ओर तेल
    11. प्रत्येक माइक्रोमीटर वाल्व कनेक्ट करें। एक टी नाव के सही पक्ष और भाग सी के बाईं ओर करने के लिए दूसरे से जुड़ा हुआ है और जगह में दोनों दबाना किया जाना चाहिए।
    12. प्रतिक्रिया क्षेत्र में स्थित है, जहां निर्धारित करने के लिए एक परीक्षण के बयान चलाएँ।
  2. जमा वी [TCNE] एक्स ~ 2 substrates पर
    1. 75 डिग्री सेल्सियस के आसपास है रिएक्टर के नीचे और TCNE नाव के क्षेत्र पर मापा जाता है जब प्रतिक्रिया क्षेत्र में 46 डिग्री सेल्सियस के आसपास एक मूल्य के लिए सेट कर दिया जाता है, ताकि प्रतिक्रिया हीटिंग का तार का तापमान सेट करें। 10 डिग्री सेल्सियस के लिए एक सिलिकॉन तेल स्नान के तापमान को निर्धारित करें। तापमान कम से कम 30 मिनट के लिए स्थिर करने के लिए अनुमति दें।
    2. गिलास हीटर COI स्लाइडरिएक्टर (भाग एक, चित्रा 1 ए) के आसपास एल।
    3. Polytetrafluoroethylene (PTFE) धागा सील टेप के साथ एक गिलास स्लाइड लपेटें। एक दो इंच अंतरिक्ष के भीतर कवर स्लाइड के शीर्ष पर नमूनों की व्यवस्था।
    4. नमूने प्रतिक्रिया क्षेत्र में स्थित हैं ताकि रिएक्टर में कांच स्लाइड पुश। प्रतिक्रिया क्षेत्र एक गिलास स्लाइड के बिना स्थानांतरित किया जा सकता है, हालांकि वैकल्पिक रूप से नमूने, रिएक्टर के तल पर सीधे रखा जा सकता है।
    5. पार्ट बी पर एक हे अंगूठी प्लेस और रिएक्टर के सही पक्ष में स्लाइड। एक क्लैंप के साथ एक साथ दो टुकड़ों में शामिल हों।
    6. भाग एक पर नीचे कनेक्शन के लिए एक निर्वात लाइन अटैच और शीर्ष कनेक्शन के लिए गेज देते हैं।
    7. (इन मात्रा एक 75-90 मिनट के बयान के लिए उपयुक्त हैं) टी-नाव में TCNE नाव में TCNE के 50 मिलीग्राम और वी (सीओ) की 5 मिलीग्राम 6 रखो।
    8. TCNE के बारे में 75 डिग्री सेल्सियस होना चाहिए जो रिएक्टर के सबसे भाग में बैठ जाएगा तो यह है कि अंत निकट भाग सी में TCNE नाव स्लाइड।
    9. > भाग सी के कनेक्शन तेल और रिएक्टर के बाईं ओर में स्लाइड।
    10. भाग बी का सही अंत में टी नाव और स्लाइड के दोनों पक्षों तेल
    11. टी नाव और भाग सी की बाईं तरफ के सही पक्ष पर प्रवाह लाइन स्लाइड और जगह में दबाना। इकट्ठे सेट अप चित्रा 1 ए समान होना चाहिए।
    12. टी नाव की पूरी तह कवर करने के लिए तेल स्नान उठाएँ।
    13. 30-35 एमएमएचजी के दबाव तक पहुँचने के लिए वैक्यूम लाइन खोलें।
    14. वी (सीओ) 6 के लिए और TCNE के लिए 84 SCCM 56 SCCM करने के लिए प्रवाह की दर निर्धारित करें। प्रतिक्रिया एक हरे सामग्री प्रतिक्रिया क्षेत्र की दीवार पर संघनित के साथ तुरंत शुरू करना चाहिए।
    15. प्रतिक्रिया समय के वांछित लंबाई के लिए आगे बढ़ने के लिए अनुमति दें। चित्रा 2 में दिखाया गया के रूप में पतली फिल्म की मोटाई, रिएक्टर के अंदर प्रतिक्रिया समय और स्थान पर आधारित है।
    16. प्रतिक्रिया, करीब शून्य रेखा रोकने के लिए और हीटर और तेल स्नान को बंद करें।
> 3 "ove_title। साफ

  1. किसी भी क्रम में सिस्टम अलग ले।
  2. कम से कम 1-2 घंटे के लिए एक आधार के स्नान समाधान में हीटर का तार को छोड़कर सभी कांच के बने पदार्थ लेना।
  3. एक ओवन में पानी और सूखे के साथ कांच के बने पदार्थ कुल्ला।

चित्र 1
चित्रा 1। (ए) पूरी तरह से इकट्ठे कस्टम रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) प्रणाली। (बी) सीवीडी प्रणाली के लिए घटकों की विस्तारित देखें। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2 (ए) उनके स्थान दिखा रिएक्टर में substrates के एक शीर्ष दृश्य। (बी) लगभगफिल्म मोटाई 75 मिनट की एक बयान के लिए रिएक्टर ट्यूब, चित्रा 1 बी से भाग एक के अंदर की स्थिति के समारोह के रूप में। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Representative Results

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एक बयान सफल रहता है तो निर्धारित करने के लिए पहला और सबसे आसान तरीका फिल्मों का एक दृश्य निरीक्षण करना है। फिल्म के substrates भर में एक समान है कि एक दर्पण खत्म करने के साथ बैंगनी अंधेरा दिखाई देनी चाहिए। वहाँ कोई वी [TCNE] एक्स ~ 2 है या यह रंग में हल्का है जहां सब्सट्रेट की सतह पर धब्बे होते हैं, तो इस वजह से सब्सट्रेट सतह पर सॉल्वैंट्स या अन्य अशुद्धियों की उपस्थिति की संभावना है। इसके अतिरिक्त फिल्म अपारदर्शी होना चाहिए। एक पतली फिल्म केवल कुछ ही मिनट के एक कम समय के अंतराल पर जमा हो गया था, जब तक कि पारदर्शी फिल्मों अक्सर बयान के दौरान व्यापारियों के प्रवाह की दर के साथ एक समस्या गया हो सकता है इसका मतलब है।

यह उप इष्टतम विकास की स्थिति के अलावा, वायुमंडलीय जोखिम जिसका गुणों कम अनुकूल होना प्रकट फिल्मों में हो सकता है, जो फिल्म नीचा कर सकते हैं कि नोट करना महत्वपूर्ण है; परिवहन और measurin इसलिए जब यह ऑक्सीजन प्रदर्शन को रोकने के लिए आवश्यक हैजी विश्लेषण के लिए नमूने हैं। Glovebox बाहर नमूने की ढुलाई ऐसे epoxy के 24 या parylene 25 या माप उपकरण 4 फिट है कि कस्टम डिजाइन के डिब्बे में नमूना enclosing के रूप में सामग्री के साथ फिल्म के encapsulation की आवश्यकता है। स्थानीय संरचना और फिल्म रचना एक्स-रे photoemission स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) और फूरियर अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) को बदलने के द्वारा होती जा सकता है।

चुंबकीय गुण एक विद्रूप magnetometer का उपयोग करके मापा जा सकता है। अनुकूलित फिल्मों आरटी से ऊपर टूटने फिल्म के लिए 500-600 लालकृष्ण कारण चारों ओर एक extrapolated क्यूरी तापमान (टी सी) उपज, टी सी के मूल्य ऐसे चित्रा 3 ए में दिखाया गया है एक के रूप में तापमान माप बनाम एक आकर्षण संस्कार, से निकाला जाता है। यह माप 100 ँ के एक आवेदन क्षेत्र के साथ एक क्वांटम डिजाइन विद्रूप Magnetometer में किया जाता है। शून्य-क्षेत्र का एक बड़ा बंटवारे की उपस्थिति (ZFC) ठंडा है और कम से कम क्षेत्र कूल्ड (एफसी) आकर्षण संस्कार मूल्योंतापमान स्थानीय स्पिन वातावरण के अलगाव का सबूत है और कम गुणवत्ता की फिल्मों में एक बड़ा उपस्थिति है। फिल्मों की टी सी बलोच कानून के शिखर के ऊपर आकर्षण संस्कार मूल्यों फिटिंग द्वारा निकाला जा सकता है

एम एस (टी) = एम एस (0) (1 - बीटी 3/2),

जहां एम एस संतृप्ति आकर्षण संस्कार है और बी एक फिटिंग पैरामीटर है। चित्रा 3 ए में दिखाया गया डेटा के लिए इस फिट 600 लालकृष्ण का एक टी सी पैदावार

तापमान के लिए चुंबकीय प्रतिक्रिया निस्र्पक के अलावा, एप्लाइड क्षेत्र के एक समारोह के रूप में आकर्षण संस्कार भी 3B चित्रा में दिखाया गया है एक तरह से एक हिस्टैरिसीस पाश में जिसके परिणामस्वरूप मापा जा सकता है। आकर्षण संस्कार की स्विचिंग तेज है अनुकूलित फिल्मों के लिए, 100 से संतृप्ति प्राप्त करने ँ। coercivity 300 लालकृष्ण में लगभग 20 ँ होना चाहिए

एफerromagnetic अनुनाद (FMR) पढ़ाई सफल फिल्म विकास की पहचान के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक हैं। FMR माप में एक एकल, संकीर्ण चोटी की उपस्थिति एक आदर्श विकास के पुख्ता सबूत है। सर्वश्रेष्ठ फिल्मों आधा अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई (FWHM) एकाधिक गूंज कुछ सुविधाओं या रोटेशन की सभी कोणों से पता चलता है जो एक स्पेक्ट्रम में परिणाम होगा गूंज उप इष्टतम विकास के 1-2 जी माप के आदेश पर linewidth। 4 से पता चलता है 9.85 गीगा में एक आवेदन माइक्रोवेव आवृत्ति के साथ 300 कश्मीर में बाहर के विमान (0 डिग्री) के लिए में विमान (90 °) से घूर्णन लागू किया माइक्रोवेव और डीसी क्षेत्रों के विभिन्न कोणों पर एक आदर्श फिल्म के FMR स्पेक्ट्रम,। नमूने के कारण गुहा की स्थिति के लिए तीव्रता का परिमाण में बदलाव के लिए खाते में सामान्यीकृत कर रहे हैं।

फिल्मों के बिजली के गुणों परिवहन माप के माध्यम से होती जा सकता है। सरलतम माप ज्यामिति वॉल्यूम के एक समारोह के रूप में वर्तमान को मापने के लिए एक दो जांच माप हैविभिन्न तापमान के लिए Tage। चित्रा 5 ए अल का 30 एनएम और थर्मल वाष्पीकरण द्वारा बनाई गई एयू शीर्ष संपर्कों के 40 एनएम के साथ कांच पर जमा एक फिल्म से पता चलता है। बिजली के संपर्क एक क्वांटम डिजाइन भौतिक गुणों माप प्रणाली (PPMS) के लिए एक कस्टम हवा तंग पक को ईण्डीयुम प्रेस के माध्यम से किया जाता है। वर्तमान वोल्टेज (चतुर्थ) माप एक Keithley 2400 sourcemeter का उपयोग कर प्रदर्शन कर रहे हैं। इन मापों चित्रा 5 ब के रूप में दिखाया तापमान घटने के साथ बढ़ जाती है कि प्रतिरोध के साथ सभी तापमान पर Ohmic चतुर्थ विशेषताओं का पता चलता है। तापमान निर्भर प्रतिरोध डेटा एक अर्हनीस समीकरण के लिए फिट हो सकते हैं

आर आर = 0-E एक / कश्मीर बी टी,

एक सक्रियण ऊर्जा, एक ~ 0.50 eV के निकालने के लिए। इस मान को इस semiconducting सामग्री 12 के लिए इलेक्ट्रॉनिक संरचना में अंतर बैंड ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है।


चित्रा 3 (ए) के फील्ड (खुला हलकों) ठंडा और शून्य क्षेत्र 100 ँ के एक आवेदन चुंबकीय क्षेत्र के साथ तापमान बनाम (भरा हलकों) आकर्षण संस्कार ठंडा। ठोस काला लाइन 600 लालकृष्ण (बी) 300 लालकृष्ण पर मापा क्षेत्र बनाम आकर्षण संस्कार की टी सी को निकालने के लिए उपयोग किया जाता है एक फिट है इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
करने में विमान (90 °) से कोण के एक समारोह के रूप में चित्रा 4. कमरे के तापमान FMR स्पेक्ट्रा के बाहर के विमान (0 डिग्री)। एक बड़ा vers देखने के लिए यहां क्लिक करेंइस आंकड़े के आयन।

चित्रा 5
परिवहन नमूने के लिए नमूना संरचना की चित्रा 5 (ए) योजनाबद्ध। (बी) के मूल्यों के प्रतिरोध लालकृष्ण 150 कश्मीर से 300 से तापमान के लिए इनसेट में दिखाया गया है वर्तमान वोल्टेज माप से निकाली गई इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

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वी [TCNE] एक्स ~ 2 बयान के लिए मुख्य मापदंडों तापमान, वाहक गैस प्रवाह, दबाव, और व्यापारियों के अनुपात में शामिल हैं। रासायनिक वाष्प जमाव सेट अप व्यावसायिक तौर पर उपलब्ध नहीं है क्योंकि इन मानकों को हर सिस्टम के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता होगी। शिमा एट अल द्वारा पिछले एक अध्ययन। तापमान TCNE अग्रदूत 26 की उच्च बनाने की क्रिया दर पर सबसे बड़ा प्रभाव है कि पता चला। तापमान तापमान नियंत्रक पर है और यह भी प्रत्येक प्रणाली के लिए calibrated किया जा आवश्यकता होगी हीटिंग का तार पर और जैसे तार रिक्ति के लिए समायोजन करने के द्वारा निर्धारित मूल्य से दोनों को संशोधित किया जा सकता है। तापमान अंशांकन पूरी तरह से बयान के लिए प्रणाली कोडांतरण से पहले रिएक्टर के अंदर मापने के द्वारा किया जाता है। यह 75 डिग्री सेल्सियस के आसपास तापमान पर रिएक्टर का सबसे गर्म क्षेत्र में TCNE नाव स्थान के लिए महत्वपूर्ण है।

अगले सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर वाहक गैस प्रवाह है। वाहक गैस प्रवाह की दरTCNE वी (सीओ) के लिए अधिक से अधिक होना चाहिए के लिए 6। सिफारिश प्रवाह दरों वी (सीओ) 6 और TCNE के लिए SCCM 84 के लिए 56 SCCM हैं, और यह स्थिरता सुनिश्चित करने के बयान के दौरान इन प्रवाह की दर पर नजर रखने के लिए महत्वपूर्ण है (लगभग 10 मिनट का एक नमूना आवृत्ति आमतौर पर पर्याप्त है)।

दबाव 35 एमएमएचजी ऊपर है, तो प्रतिक्रिया की संभावना नहीं हो जाएगा। दबाव अधिक है और प्रतिक्रिया शुरू नहीं किया है, तो संभावना प्रणाली में एक दरार है (कोई वी [TCNE] एक्स ~ 2 प्रदर्शित होने है)। एक बड़े रिसाव प्रणाली पर सब नीचे पंप नहीं होगा मतलब है, लेकिन एक छोटी सी दरार अगर वहाँ प्रणाली 40-50 एमएमएचजी तक पहुंच सकता है। लीक के लिए जाँच करने के लिए पहली जगह कांच के बने पदार्थ कनेक्शन के सभी पर है। सबसे अधिक, प्रवाह लाइनों पर वैक्यूम तेल गंदे पाने के लिए और साफ कर दिया है और जगह की जरूरत है सकते हैं। लीक करने के अलावा, दबाव समस्याओं अशुद्ध कांच के बने पदार्थ या कक्ष के अंदर outgas कि contaminants की उपस्थिति की वजह से हो सकता है। इसके लिएकारण यह सावधानी से प्रतिक्रिया कक्ष के भीतर रखा किसी भी सामग्री पर विचार करने के लिए महत्वपूर्ण है।

प्रतिक्रिया मापदंडों के अनुकूलन के अलावा, substrates के सतह के उपचार अच्छी फिल्म के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। वी [TCNE] एक्स ~ 2 substrates की एक विस्तृत विविधता पर जमा किया जा सकता है, लेकिन सतह को साफ और अवशिष्ट सॉल्वैंट्स से मुक्त होना चाहिए। चिमटी के साथ भी छू सब्सट्रेट सतहों उन्हें दूषित कर सकते हैं। इसके अलावा, संसाधित किया गया है कि नमूने अतिरिक्त सफाई चरणों की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए, वि [TCNE] एक्स ~ 2 photoresist पर, photoresist के सॉल्वैंट्स के किसी भी ट्रेस हटाने के लिए काफी लंबे समय के लिए पके हुए किया गया है चाहिए जमा करने के लिए। साथ ही, इस तरह के प्रसंस्करण के लिए अर्धचालक ग्रेड रसायन आवश्यकता हो सकती है एक आत्म इकट्ठे monolayer के रूप में एक रासायनिक संसाधित सतह पर वी [TCNE] एक्स ~ 2 के बयान लिए।

वी के सीवीडी देसी फिल्मों [TCNE] एक्स ~ 2 Incorp के लिए आदर्श होते हैंडिवाइस संरचनाओं में व्याख्यान; हालांकि वे सॉल्वैंट्स, जल, वायु, और उच्च तापमान के प्रति संवेदनशील हैं क्योंकि वी [TCNE] एक्स ~ 2 फिल्मों के लिए किया जा सकता है कि सीमित संसाधन है। वी [TCNE] एक्स ~ 2 फिल्मों थर्मल, ई-बीम के लिए नकाबपोश, या अन्य ऑर्गेनिक्स या धातुओं के बयान धूम छाया हो सकता है। विभिन्न encapsulation तकनीक वी [TCNE] एक्स ~ 2 माप उपकरणों के लिए के साथ नमूनों के परिवहन के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन इस सामग्री के साथ काम करने के लिए एक चुनौती है किया जा सकता है। हालांकि, इस कठिनाई को भी इस तरह के कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (OLEDs) के रूप में अन्य कार्बनिक उपकरणों के लिए आम बात है, तो तकनीक पर काम का एक महत्वपूर्ण शरीर encapsulation के 27-29 के लिए वहाँ है।

वी [TCNE] कई अलग अलग अनुप्रयोगों के लिए एक्स ~ 2, रासायनिक वाष्प जमाव की इस पद्धति रासायनिक tunability और इस तरह के वी के रूप में जैविक पतली फिल्मों के अन्य प्रकार के अन्वेषण के लिए उपयुक्त है [MeTCEC] की फिल्मों विकसित करने के लिए क्षमता से परे30। इस तकनीक को माइक्रोवेव आवेदन करने के लिए और परे spintronics उपकरणों से अनुप्रयोगों के लिए कई माइक्रोमीटर नैनोमीटर की कुछ दसियों से लेकर एक मोटाई में एक पतली फिल्म जैविक चुंबक बनाने की क्षमता प्रदान करता है।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम NSF अनुदान सं डीएमआर-1207243, NSF MRSEC कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था (डीएमआर-0,820,414), डो अनुदान सं डे-FG02-03ER46054, और सामग्री अनुसंधान के लिए OSU-संस्थान। लेखकों NanoSystems ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में प्रयोगशाला, और सीवाई काओ और सीवाई चेन से तकनीकी सहायता को स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Nitrogen Glovebox Vacuum Atmospheres Omni steps done in nitrogen glovebox can also be done in an argon glovebox
1 L three-neck round bottom flask Corning 4965A-1L
500 ml round bottom flask Sigma Aldrich 64678
Turbo vacuum pumping station Agilent Varian G8701A-011-037
Glass Stopcock Kontes 185000-2440
Glass two way connecting tube Corning 8940-24 Corning Pyrex(R) 105 degree Angled Tube Adapter with Two-Way 24/40 Standard Taper Joint
Coldfinger Custom part made by OSU chemistry glass shop
Argon Glovebox Vacuum Atmospheres Nexus I
Hot plate stirrer Corning 6795
Thermoeletric cooler Advanced Thermoelectric TCP-50
Temperature controller Advanced Thermoelectric TLZ10 for TE cooler
Power supply Advanced Thermoelectric PS-145W-12V  for TE cooler and temperature controller
Temperature controller J-Kem  Scientific Model 150 For heating coil
Heating wire Pelican Wire Company Nichrome 60
Custom glassware pieces Made by OSU Chemistry glass shop
Vacuum pump BOC Edwards XDS-5 Connected to the CVD set-up
Flow meter Gilmont GF-2260
Micrometer valve Gilmont 7300 Controls flow of argon over TCNE
Micrometer valve Gilmont 7100 Controls flow of argon over  V(CO)6
Tubing Tygon R3603 1/8 in walls, connected between valves and meter
3-way Stopcock Nalgene 6470 used to adjust the flow rates
Pressure gauge Matheson 63-4105 connects to the top of Figure 1 part A
SQUID magnetometer Quantum Design MPMS-XL
EPR Bruker Elexsys
PPMS Quantum Design 14T PPMS
Sourcemeter Keithely  2400
Materials
Sodium metal Sigma Aldrich 262714
Anthracene Sigma Aldrich 141062
Anhydrous tetrahydrofuran Sigma Aldrich 186562
Vanadium(III) chloride tetrahydrofuran complex Sigma Aldrich 395382
Carbon monoxide gas OSU stores 98610
Tetraethylammonium bromide Sigma Aldrich 241059
Phosphoric acid Sigma Aldrich 79622
Methanol Sigma Aldrich 14262
Silcone oil Sigma Aldrich 146153
Copper pellets Cut from spare copper wire
Tetracyanoethylene Sigma Aldrich T8809
Glass slides Gold Seal 3010
Activated Charcoal Sigma Aldrich 242276

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References

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एक कार्बनिक चुंबक की रासायनिक वाष्प जमाव, Vanadium Tetracyanoethylene
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Harberts, M., Lu, Y., Yu, H., Epstein, A. J., Johnston-Halperin, E. Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene. J. Vis. Exp. (101), e52891, doi:10.3791/52891 (2015).More

Harberts, M., Lu, Y., Yu, H., Epstein, A. J., Johnston-Halperin, E. Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene. J. Vis. Exp. (101), e52891, doi:10.3791/52891 (2015).

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