一种新型化合物Ca2CrO4晶体及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ca2CrO4晶体，所述Ca2CrO4晶体为四方晶体结构，空间群为I41/acd，晶格参数为上述Ca2CrO4晶体对于完善A‑Cr‑O材料体系和对其进一步的系统研究具有重要意义。本发明专利技术还提供了上述Ca2CrO4晶体的制备方法及其在自旋电子学领域中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Ca2CrO4晶体，尤其涉及一种新型化合物Ca2CrO4晶体，以及该Ca2CrO4晶体的制备方法。
技术介绍
含有Cr4+离子以及CrO6八面体配位的化合物通常需要高温高压条件才能合成。具有该种结构的A-Cr-O(其中A为碱土金属元素)化合物体系由于合成上的困难，对其研究还很不充分，甚至还存在一些有争议的结果。对于不同的A位元素，由于离子半径的不同，导致晶体结构发生畸变，进而导致不同的物理性质。这是研究结构对磁性的调控以及带宽调控的Mott转变的一个理想材料体系。Sr-Cr-O体系中，简单钙钛矿SrCrO3、单层钙钛矿Sr2CrO4以及部分多层相Srn+1CrnO3n+1均有合成的相关报道。而对于Ca-Cr-O体系，由于Ca2+离子半径小，结构会发生畸变，因此合成更为困难，目前已经合成的只有简单钙钛矿CaCrO3。
技术实现思路
因此，基于上述现有研究的空白，本专利技术的目的在于提供一种新型化合物Ca2CrO4晶体及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种新型化合物Ca2CrO4晶体，其中，所述Ca2CrO4晶体为四方晶体结构，空间群为I41/acd，晶格参数为根据本专利技术提供的Ca2CrO4晶体，其中，所述Ca2CrO4晶体在X-射线衍射图谱中包含以下2θ反射角测定的特征峰：14.56°、25.26°、32.84°、34.44°、37.56°、44.67°、45.86°、49.50°、51.87°、57.59°、60.68°、68.85°和72.59°。优选地，所述特征峰的晶面指数(hkl)分别为004、112、116、020、024、0012、028、220、224、0212、136、2212和040。更优选地，所述X-射线衍射图谱(XRD图谱)如图2所示。所述特征峰可以在上述特征峰正负0.2°的范围之内，即2θ±0.2°。根据本专利技术提供的Ca2CrO4晶体，其中，所述Ca2CrO4晶体为具有自旋玻璃磁性的半导体。本专利技术还提供了上述Ca2CrO4晶体的制备方法，其中，所述制备方法包括以CaO和CrO2为原料，在高温高压条件下通过固相反应法合成Ca2CrO4晶体的步骤。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述CaO与所述CrO2的摩尔比为2:1。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述高压为1～10GPa，优选为5～6GPa，最优选为5.5GPa，所述高温为800～1000℃，所述反应时间为10～100min，优选为20～40min，最优选为30min。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述固相反应法包括：将按配比混合的CaO和CrO2的混合物压成圆柱片，用金箔包裹，进行固相反应。优选地，所述圆柱片直径可以为6mm，厚度可以为2～3mm。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述CaO和所述CrO2在充满惰性气氛的手套箱中充分混合均匀。优选地，所述惰性气氛可以为Ar气氛。根据本专利技术提供的制备方法，其中，可以在六面顶压机的高压组装块中进行所述固相反应。优选地，在固相反应后，降温并卸压，剥开金箔，得到所述Ca2CrO4晶体。具体地，本专利技术提供的制备方法可以包括：以CaO和CrO2为原料，在充满Ar气氛的手套箱中充分混合均匀，压成圆柱片，用金箔包裹，装入高压组装块中，在压力5.5GPa，温度800℃～1000℃的条件下反应30min，降温卸压后将样品取出，剥开金箔，即可得到Ca2CrO4晶体。本专利技术还提供了上述Ca2CrO4晶体或按照上述制备方法而制得的Ca2CrO4晶体在自旋电子学领域中的应用。优选地，所述在自旋电子学领域中的应用可以为在磁性随机内存、自旋场发射晶体管或自旋发光二极管中的应用。以CaO和CrO2为原料，在高温高压的条件下，成功合成了Ca2CrO4晶体。与四方相K2NiF4结构的反铁磁性化合物Sr2CrO4相比，Ca2CrO4在低温表现为自旋玻璃磁性，表明由于Ca2CrO4中的结构畸变，抑制了长程磁有序的出现。Ca2CrO4的合成，对于完善A-Cr-O材料体系和对其进一步的系统研究具有重要意义，可用于自旋电子学领域，例如磁性随机内存、自旋场发射晶体管或自旋发光二极管等。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1示出了本专利技术的Ca2CrO4晶体的结构示意图；图2示出了本专利技术的Ca2CrO4晶体的XRD图谱及其指标化；图3示出了本专利技术的Ca2CrO4晶体在10kOe磁场下的磁化率和温度的关系曲线；图4示出了本专利技术的Ca2CrO4晶体的电阻率和温度的关系曲线。具体实施方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。本部分对本专利技术试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。以下实施例中使用的试剂和仪器如下：试剂：CaO，购自Alfa Aesar；CrO2，购自Sigma-Aldrich。仪器：样品合成：六面顶压机，购自国产铰链式六面顶压机；XRD：X射线衍射仪，购自Rigaku；磁性：振动样品磁强计(SQUID VSM)，购自Quantum Design，型号SQUID VSM；电阻：物性测量系统(PPMS)，购自Quantum Design，型号PPMS。实施例1本实施例用于说明本专利技术的Ca2CrO4晶体及其制备方法。使用CaO和CrO2作为原料，以2:1的摩尔比将二者在充满Ar气的手套箱中充分混合均匀，压成直径6mm，厚约2-3mm的圆柱片，包裹上金箔，装入高压组装块中，用六面顶压机进行高温高压合成。在压力5.5GPa，温度800℃的条件下保压保温30min，降温和卸压后，取出样品，剥开金箔，即可得到Ca2CrO4晶体。通过X射线衍射仪对得到的Ca2CrO4晶体进行X射线衍射研究，该Ca2CrO4晶体的XRD图谱如图2，XRD图谱的主要峰位数据如表1所示，该Ca2CrO4晶体为四方晶体结构，空间群为I41/acd，晶格参数为其结构示意图如图1。通过SQUID VSM对得到的Ca2CrO4晶体进行磁化率测量，该Ca2CrO4晶体磁化率随温度变化关系如图3所示。通过PPMS对得到的Ca2CrO4晶体进行电阻率测量，该Ca2CrO4晶体电阻率随温度变化关系如图4所示。表1XRD图谱主要峰位数据2θ14.5625.2632.8434.4437.5644.6745.8649.5051.8757.5960.6868.8572.59hkl004112116020024001202822022402121362212040实施例2本实施例用于说明本专利技术的Ca2CrO4晶体及其制备方法。使用CaO和CrO2作为原料，以2:1的摩尔比将二者在充满Ar气的手套箱中充分混合均匀，压成直径6mm，厚约2-3mm的圆柱片，包裹上金箔，装入高压组装块中，用六面顶压机进行高温高压合成。在压力5GPa，温度900℃的条件下保压保温40min，降温和卸压后，取出样品，剥开金箔，即可得到Ca2CrO4晶体。通过X射线衍射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ca2CrO4晶体，其特征在于，所述Ca2CrO4晶体为四方晶体结构，空间群为I41/acd，晶格参数为

【技术特征摘要】
1.一种Ca2CrO4晶体，其特征在于，所述Ca2CrO4晶体为四方晶体结构，空间群为I41/acd，晶格参数为2.根据权利要求1所述Ca2CrO4晶体，其特征在于，所述Ca2CrO4晶体在X-射线衍射图谱中包含以下2θ反射角测定的特征峰：14.56°、25.26°、32.84°、34.44°、37.56°、44.67°、45.86°、49.50°、51.87°、57.59°、60.68°、68.85°和72.59°；优选地，所述特征峰的晶面指数分别为004、112、116、020、024、0012、028、220、224、0212、136、2212和040；更优选地，所述X-射线衍射图谱如图2所示。3.根据权利要求1或2所述Ca2CrO4晶体，其特征在于，所述Ca2CrO4晶体为具有自旋玻璃磁性的半导体。4.权利要求1-3中任一项所述Ca2CrO4晶体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以CaO和CrO2为原料，在高温高压条件下通过固相反应法合成Ca2CrO4晶体的步骤。5.根据权利要求4所述Ca2CrO4晶体的制备方法，其特征在于，所述CaO与所述CrO2的摩尔比为2:1。6.根据权利要求4或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳常青，曹立朋，刘清青，
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