一种稀磁半导体材料(Ca,Na)(Zn,Mn)2As2及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种稀磁半导体材料，其化学式为(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，其中0<x≤0.2，0<y≤0.3。本发明专利技术还提供一种稀磁半导体材料的制备方法，利用固相反应法，在与氧隔离的环境中烧结前躯体，形成(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，0<x≤0.2，0<y≤0.3，其中固相反应法所采用的烧结温度为600-1000℃。

【技术实现步骤摘要】
一种稀磁半导体材料(Ca,Na)(Zn,Mn)2As2及其制备方法
本专利技术涉及一种具有CaAl2Si2结构的稀磁半导体材料，尤其涉及一种化学结构通式为(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2的稀磁半导体材料。
技术介绍
稀磁半导体材料由于在自旋电子器件领域的潜在应用，而获得广泛关注。稀磁半导体一般是通过在半导体中引入少量的磁性离子而得到。典型的基于III-V族半导体,例如(Ga,Mn)As和(Ga,Mn)N(H.Ohno,etal.,Science281,951-956(1998))，Mn2+替代Ga3+，由于不等价替代，导致很有限的化学溶解度，只能以外延薄膜的形式制备，并且载流子和自旋不能分别进行调控。最近，基于I-Ⅱ-Ⅴ族半导体LiZnAs的稀磁半导体Li(Zn,Mn)As被成功制备。(Z.Dengetal.,NatureCommunications2:422(2011))。在这个体系中，载流子通过元素Li的含量来控制，自旋通过Mn2+替代Zn2+的量来调控。但其50K的铁磁转变温度要远低于(Ga,Mn)As中大约180K的铁磁转变温度。通过电荷和自旋分离注入机制制备成功的新型稀磁半导体晶体(Ba1-xKx)(Zn1-yMny)2As2，(K.Zhaoetal.,NatureCommunications4:1442(2013))具有四方ThCr2Si2的晶体结构，空间对称群是I4/mmm，和铁基超导体(Ba,K)Fe2As2和反铁磁体BaMn2As2有同样的结构，其铁磁转变温度可达220K。然而现有技术中的稀磁半导体材料在空气中的稳定性通常较差，难以在空气中长期稳定的存在，影响了稀磁半导体的应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的稀磁半导体材料(Ca,Na)(Zn,Mn)2As2，该稀磁半导体材料在空气中可以稳定存在。本专利技术提供一种稀磁半导体材料，其化学式为(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，其中0<x<0.2，0<y<0.3。根据本专利技术提供的稀磁半导体材料，其中所述稀磁半导体材料的晶体结构属六方晶系。根据本专利技术提供的稀磁半导体材料，其中x＝0.1，y＝0.2。本专利技术还提供了一种制备稀磁半导体材料的方法，利用固相反应法，在与氧隔离的环境中烧结前躯体，形成(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，0<x<0.2，0<y<0.3，其中所述前躯体的物质选自如下物质构成的组：Ca、Na、Zn、Mn、As、CaAs、Na3As，其中各种物质的含量满足所要制备的稀磁半导体材料(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2中各种元素的配比，其中固相反应法所采用的烧结温度为600-1000℃。根据本专利技术提供的方法，其中所述烧结过程在常压下进行。根据本专利技术提供的方法，其中所述烧结过程在高于一个大气压的压力下进行。根据本专利技术提供的方法，其中所述压力为1-20GPa。根据本专利技术提供的方法，其中所述前躯体包括Ca、Na、Zn、Mn、As。根据本专利技术提供的方法，其中所述前躯体包括Ca、ZnAs、Mn、As、Na3As。根据本专利技术提供的方法，其中所述前躯体包括CaAs，Na3As、Zn、Mn、As。根据本专利技术提供的方法，其中所述烧结过程在惰性气体或真空环境中进行。本专利技术提供的稀磁半导体材料在空气中可以稳定存在。并且部分配比在低温端具有近藤效应，这对于研究稀磁半导体材料的物理机制具有重要的意义。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1是本专利技术的稀磁半导体(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2的晶体结构示意图图2是实施例1的方法制备的稀磁半导体(Ca0.8Na0.2)(Zn0.95Mn0.05)2As2的X射线衍射图谱；图3是实施例1的方法制备的稀磁半导体(Ca0.8Na0.2)(Zn0.95Mn0.05)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图；图4是实施例2的方法制备的稀磁半导体(Ca0.95Na0.05)(Zn0.7Mn0.3)2As2的X射线衍射图谱；图5是实施例2的方法制备的稀磁半导体(Ca0.95Na0.05)(Zn0.7Mn0.3)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图；图6是实施例3的方法制备的稀磁半导体(Ca0.9Na0.1)(Zn0.75Mn0.25)2As2的X射线衍射图谱；图7是实施例3的方法制备的稀磁半导体(Ca0.9Na0.1)(Zn0.75Mn0.25)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图；图8是实施例4的方法制备的稀磁半导体(Ca0.85Na0.15)(Zn0.9Mn0.1)2As2的X射线衍射图谱；图9是实施例4的方法制备的稀磁半导体(Ca0.85Na0.15)(Zn0.9Mn0.1)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图；图10是实施例4的方法制备的稀磁半导体(Ca0.85Na0.15)(Zn0.9Mn0.1)2As2的磁滞回线图。图11是实施例5的方法制备的稀磁半导体(Ca0.9Na0.1)(Zn0.8Mn0.2)2As2的X射线衍射图谱；图12是实施例5的方法制备的稀磁半导体(Ca0.9Na0.1)(Zn0.8Mn0.2)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图；图13是实施例5的方法制备的稀磁半导体(Ca0.9Na0.1)(Zn0.8Mn0.2)2As2的不同温度下电阻率随磁场关系图。图14是实施例6的方法制备的稀磁半导体(Ca0.8Na0.2)(Zn0.7Mn0.3)2As2的X射线衍射图谱；图15是实施例6的方法制备的稀磁半导体(Ca0.8Na0.2)(Zn0.7Mn0.3)2As2在500高斯磁场下直流磁化率与温度的关系曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种基于CaZn2As2母体的稀磁半导体材料，其化学式为(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，其中0<x<0.2，0<y<0.3，x，y表示原子百分比含量。(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2的晶体结构如图1所示，具有六方CaAl2Si2型晶体结构，空间对称群是P-3m1，其晶格常数变化范围为：实施例1本实施例提供一种稀磁半导体材料的制备方法，包括：1)在充有氩气手套箱中，将Zn粉，Mn粉和As粉按照1.9:0.1:2的摩尔比均匀混合，并压制成小圆片。然后按照Ca:Na:Zn:Mn:As＝0.8:0.2:1.9:0.1:2的摩尔比称量Ca颗粒和Na块，并将Zn粉，Mn粉和As粉的混合物圆片放于Ca颗粒和Na块的下方，并一起装入氧化铝陶瓷试管中；2)将装有样品的陶瓷试管真空封装于石英管内，然后在石英管内冲入0.2Bar的氩气并密封；3)将石英管放在高温炉内于750℃的温度下烧结20小时，烧结完成后得到稀磁半导体晶体(Ca0.8Na0.2)(Zn0.95Mn0.05)2As2。将本实施例提供的方法所制得的稀磁半导体材料放置在空气中20天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀磁半导体材料，其化学式为(Ca1‑xNax)(Zn1‑yMny)2As2，其中0<x≤0.2，0<y≤0.3。

【技术特征摘要】
1.一种稀磁半导体材料，其化学式为(Ca1-xNax)(Zn1-yMny)2As2，其中0<x≤0.2，0<y≤0.3。2.根据权利要求1所述的稀磁半导体材料，其中所述稀磁半导体材料的晶体结构属六方晶系。3.根据权利要求1所述的稀磁半导体材料，其中x＝0.1，y＝0.2。4.一种制备如权利要求1所述的稀磁半导体材料的方法，利用固相反应法，在与氧隔离的环境中烧结前躯体；其中所述前躯体的物质选自如下物质构成的组：Ca、Na、Zn、Mn、As、CaAs、Na3As，其中各种物质的含量满足所要制备的稀磁半导体材料中各种元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳常青，赵侃，邓正，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11