本发明专利技术公开了一种调整半金属磁体电子能带结构的方法及其产物，其中调整半金属磁体电子能带结构的方法是通过向半金属磁体中同时掺杂Ge元素和Te元素，以调节所述半金属磁体电子能带结构中费米能级的位置，从而起到调整半金属磁体电子能带结构的作用。本发明专利技术通过对关键的掺杂元素种类、掺杂位置、掺杂量等进行改进，能够调整费米能级在带隙中的相对位置以及带隙的宽度，并提高半金属磁体的稳定性。通过本发明专利技术方法得到的掺杂半金属磁体，其费米能级接近带隙的中间，且自旋向下的带隙被扩大，是一种更加稳定的自旋极化率为100％的铁磁性材料，可显著提高器件的磁电阻效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自旋电子学领域，更具体地，设及一种调整半金属磁体电子能带结构 的方法及其产物。
技术介绍
传统的半导体材料中有空穴和电荷两种载流子，科学家们利用运两种载流子的输 运特性，在1947年专利技术了半导体晶体管，开创了半导体电子学，开启了现代通信和数据处 理技术发展的大口，奠定了信息技术的基础。 然而，电子不仅有电荷，还有两种不同的自旋状态，即自旋向上的状态和自旋向下 的状态。在W往的微电子学研究中，一般是利用电子的电荷性由电场来控制电子的输运过 程，而未考虑电子的自旋状态。电子的自旋与物质磁性有密切关系，磁性在信息存胆技术中 发挥着重要作用，如最早的计算机硬盘驱动器就是利用磁阻效应。为进一步提高信息存胆 与处理技术，就必须对电子的自旋特性加W利用。充分利用电子自旋特性研制开发新一代 电子器件W便实现信息处理和传输就成为一个重要的工作。 半金属化曰^-1116*曰。磁性材料是一种在费米面附近自旋极化率达到100%的新 型的功能材料，不同于准金属（semimetal)材料，在半金属铁磁的能带结构中，两个自旋子 能带分别具有金属性与绝缘性，从而产生自旋完全极化的传导电子。半金属磁性材料还具 有磁矩量子化与零磁化率等特殊物理性质，运些特性主要是由3d电子的交换劈裂、晶格结 构W及成键性质共同作用而引起；运些特性可导致许多有趣的磁性、电性及光学性质，使其 有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用，并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟 崭新的领域。 阳0化]半金属材料在自旋电子学中具有特殊的重要性，半金属材料研究的深入和突破， 将能推动自旋电子学应用取得巨大进展。追溯半金属合金发展历程，首先得提及de Groot 等人的首创性工作。它们对化If-Heusler合金NiMn訊和PtMn訊利用增强平面波方作能 带计算时，得到了一种特殊的能带结构。运些磁性金属间化合物与普通的铁磁体一样，具有 两个不同的自旋子能带。但其中一个自旋子能带（一般称为自旋上或多数自旋子能带）跨 过费米面呈金属性，而对于另一个能带（称为自旋向下或少数自旋子能带），费米能级恰好 落在价带与导带的能隙中，显示出半导体（或绝缘体）性质。因此，de Groot等人把具有 运种能带结构的物质称为"半金属"磁体化alf-metallic magnets)，其磁性主要来源于电 子d-d杂化产生的交换劈裂。 1903年德国人F.化USler报道了化zMnAl和化zMnSn系列化学配比为2:1:1的高 有序合金，测得它们室溫超过8000高斯的饱和磁矩。此后，与此类似结构特征的合金因而 获得了 "化usler"的名称，一直沿用到现在。1934年，Bradl巧和Rogers确认CizMnAl合 金室溫下具有L2i的有序结构，由4个体屯、晶格套嵌而成，其晶格常数为5.95 A，其L2i有 序-B2无序相变溫度大约在910°C。后续的工作也测量了化zMnAl的居里溫度、磁矩及其来 源等，表明运类合金的独特结构、磁性和半金属特征。此后80年里，Heusler类合金（也称 为化usler类化合物，包括half-Heusler合金和化usler合金，其中Heusler合金也称为 全化usler合金）得到了广泛的研究。相对于其它的半金属磁性材料，Heusler类合金具 有较高的居里溫度，一般都在室溫W上，有效的防止了由于热效应引起的材料自旋极化率 和磁性的变化，所W具有较好的应用前景。 Heusler类合金包括化If-Heusler合金和（全）Heusler合金的结构如图1所 示。別Z和化学配比的有序化If-Heusler和化USler合金一般分别具有C化和L2i的 晶体结构，并具有F-43M和FM-3M的空间群对称性。其中X和Y都是过渡金属元素，如Pt、 化、Mn、Nb等，而Z则是訊、Bi、Sn等主族元素。在Wyckoff坐标中，对于half-Heusler合 金，X原子居于化0, 0)位；而对于化usler合金，X则分别居于化0, 0)和（0. 5, 0. 5, 0. 5) 位。Y和Z原子位置对于half-Heusler合金和（全）Heusler合金中都一致，分别居于 (0. 25, 0. 25, 0. 25)和（0. 75, 0. 75, 0. 75)位。 半金属磁体具有高磁矩、高居里溫度W及高自旋极化率等优点，但要真正实现运 些基于半金属材料中自旋极化输运过程的磁电阻现象，并将其替代金属材料应用到实际器 件上，目前我们还面临许多问题。其中最重要的就是半金属的稳定性问题，也就是半金属的 能带结构问题；由于半金属磁体能带结构的特点，导致溫度升高带来的热扰动、表面或杂质 带来的结构缺陷等都会破坏材料的半金属性，导致自旋极化率及相应的磁电阻下降；半金 属的稳定性在电子结构（即态密度和能带）上的具体表现为：费米能级越靠近少数自旋子 带的带隙的中间，带隙度and gap)的宽度越大，则费米能级越不容易随着溫度等外部因素 而移出带隙，则半金属的稳定性越好。W典型的半金属C〇2化Al的能带结构为例（如图2所 示），图中纵坐标0处为费米能级的位置，从图中可W明显看出COzFeAl的费米能级处于自 旋向下子能带带隙的边缘（价带的顶部），而随着溫度的变化费米能级会很容易移出带隙 导致其半金属性质被破坏，因此，费米能级越靠近少数自旋子带的带隙的中间，带隙宽度越 大，则半金属的稳定性越好。 目前，研究人员主要通过渗杂来改变半金属磁体的电子结构，但调节自旋向下带 隙或费米面的相对位置W提高半金属磁体的稳定性的收效并不显著，需要探索适应于调整 半金属磁体能带结构的方法。
技术实现思路
针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种调整半金属磁 体电子能带结构的方法，其中通过对关键的渗杂元素种类、渗杂位置、渗杂量等进行改进， 与现有技术相比能够有效解决自旋向下带隙和费米能级调整困难的问题，通过调整费米能 级巧P)在带隙中的相对位置W及带隙的宽度，能够调整半金属磁体的电子能带结构，有效 提高半金属磁体的稳定性；此外，该方法还能够提高半金属磁体的磁矩，获得稳定的自旋极 化率为100%的铁磁性材料，提高磁电阻效应，可用于实现超高磁存储密度。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种调整半金属磁体电子能带 结构的方法，其特征在于，通过向半金属磁体中同时渗杂Ge元素和Te元素，W调节所述半 金属磁体电子能带结构中费米能级的位置。 作为本专利技术的进一步优选，所述半金属磁体为半金属Heusler合金，该半金属 Heusler合金的Wyckoff构型为XzYZ ;所述Ge元素和所述Te元素均为替位渗杂，并且均用 于替代所述半金属化usler合金XzYZ Wyckoff位置中的Z位。 作为本专利技术的进一步优选，所述Ge元素和所述Te元素的原子比为1 :1，所述Ge 元素和所述Te元素的总原子数量不超过所述半金属化USler合金X2YZ中Z位原子数量的 50%。 作为本专利技术的进一步优选，所述Ge元素和所述Te元素的总原子数量为所述半金 属化USIer合金XzYZ中Z位原子数量的50 %。 作为本专利技术的进一步优选，所述Ge元素和所述Te元素还用于增大所述半金属磁 体的带隙。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种调整半金属磁体电子能带结构的方法，其特征在于，通过向半金属磁体中同时掺杂Ge元素和Te元素，以调节所述半金属磁体电子能带结构中费米能级的位置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，黄婷，关夏威，王升，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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