具有磁性连续变化的高自旋极化率材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，该材料化学式为：CoFe1‑xTi1+xAl，其中0＜x＜1；具有高匹配度的半导体和高自旋极化率的磁性连续变化的材料，其自旋极化率高达百分之百，从而解决半金属/半导体复合材料的失配问题，在实际应用中，可以根据对不同磁性的需求而选择不同的x值，在制备该材料时，根据x的取值称量原料。

【技术实现步骤摘要】
具有磁性连续变化的高自旋极化率材料及其制备方法
本专利技术涉及一种具有高自旋极化率的材料，特别涉及一种具有磁性连续变化的高自旋极化率材料及其制备方法。
技术介绍
20世纪最伟大的成就就是微电子工业的崛起。迄今为止，不论集成电路或超大规模的集成电路中的半导体元器件，仅仅是利用电子具有电荷这一自由度，用电场控制载流子的运动，从而获得特定的功能的。假如在半导体中进行输运的载流子不是自旋无取向的，而是自旋极化的电子，那么便可同时利用电子具有电荷又具有自旋这两个自由度，这样一来，不仅可利用电场，而且可利用磁场来控制载流子输运。毫无疑问，自旋自由度的添加，将会导致其价值难以估量的新型电子学器件的诞生，由此发展出一门新的学科——自旋电子学。早在80年代，荷兰Nijmegen大学的deGroot等人对三元合金NiMnSb和PtMnSb等化合物进行计算时，发现了一种新型的能带结构，并称这类化合物为半金属磁性体。半金属材料具有特殊的能带结构：一个自旋方向的能带结构呈现金属性，而另一个自旋方向能带结构呈现绝缘体性质或半导体性质，所以半金属材料是以两种自旋电子的行为不同为特征的新型功能材料。因此，半金属材料研究的深入与突破将推动自旋电子学应用的巨大发展。半金属材料在自旋阀、隧道结等磁电子器件中的应用将使巨磁电阻器件在质量和性能上迈上一新台阶。然而，在实际应用中，由于结构、成分和电子结构相差比较大，半金属材料与传统的半导体结合时导致高自旋极化率被破坏。比如在隧道磁电阻TMR多层膜中，一般是[磁性体层/半导体层/磁性体层]多层膜结构，TMR的大小主要取决于半导体层两侧磁性层两侧磁性层材料的电子自旋极化率的高低，自旋极化率越高TMR越大。目前人们开发出来的最为适合作为这类磁性体层的材料是具有100％电子自旋极化的半金属性材料，而到目前为止大多数半金属性材料主要是氧化物、双钙钛矿和Heusler合金。而这些半金属材料无论在成分上还是在晶格结构上与目前常用的半导体材料，如Si，Ge，GaAs等，都存在很大的差异，这就给人们在实际器件制备中带来了很大的困难。比如，由于晶格结构的巨大差异，这种结构不匹配给过渡层的界面带来各种缺陷，导致半金属材料的自旋极化率非常低，难以发挥材料的本身性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有磁性连续变化的高自旋极化率材料及其制备方法，具有高匹配度的半导体和高自旋极化率的磁性连续变化的材料，其自旋极化率高达百分之百，从而解决半金属/半导体复合材料的失配问题，在实际应用中，可以根据对不同磁性的需求而选择不同的x值。本专利技术的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，该材料化学式为：CoFe1-xTi1+xAl，其中0＜x＜1；进一步，所述CoFe1-xTi1+xAl的自旋极化率为100％，磁矩范围是：0＜μB＜2.0；进一步，所述CoFe1-xTi1+xAl的原材料均为纯度大于99.99％的单质金属；本专利技术的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料的制备方法，包括以下步骤：将CoFe1-xTi1+xAl的原材料在惰性气体保护和压强为5×10-3Pa以下熔炼，然后在惰性气体保护下进行热工艺处理后迅速冷却处理。进一步，热处理的温度为600～1200℃，保温1～20天；进一步，所述惰性气体为高纯氩气；进一步，所述熔炼的电流为50-200A；进一步，将熔炼后的产品被封入石英管中进行热处理，热处理后快速淬火到冰水混合物中使其快速冷却。本专利技术的有益效果：本专利技术的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料及其制备方法，具有高匹配度的半导体和高自旋极化率的磁性连续变化的材料，其自旋极化率高达百分之百，从而解决半金属/半导体复合材料的失配问题，在实际应用中，可以根据对不同磁性的需求而选择不同的x值，在制备该材料时，根据x的取值称量原料。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1是实施例1得到的CoFe0.9Ti1.1Al合金的计算能态密度(DOS)曲线。图2是实施例2得到的CoFe0.7Ti1.3Al合金的计算能态密度(DOS)曲线。图3是实施例4得到的CoFe0.3Ti1.7Al合金的计算能态密度(DOS)曲线。具体实施方式实施例一材料化学式为CoFe0.9Ti1.1Al的磁性合金；根据化学式中的个成分比称量原料，原料的纯度均是大于99.99％的单质金属，将称好的料盛放在电弧炉里的坩埚中，关闭腔体。开启设备前先打开循环水冷却，确认水路畅通后打开设备电源。先使用机械泵将炉腔内真空抽至0.5Pa以下，然后启动分子泵继续抽至5×10-3Pa以下，然后关闭抽真空设备，再向炉腔内充入高纯氩气进行保护，开始熔炼至各原料熔为一体。熔炼过程中，根据不同材料，电流一般控制在50A之间。为使样品熔炼均匀，每个样品都要翻三遍，熔炼四遍。熔炼所得的样品部分被封入石英管中，在高纯氩气保护下进行热工艺处理。在600℃下保温1天后，将样品快速淬火到冰水混合物中。计算获得的自旋极化率为100％，磁矩为0.293μB。其计算所得能态密度曲线见图1.测量其自旋极化率和饱和磁化强度，获得数值见表1。实施例二材料化学式为CoFe0.7Ti1.3Al的磁性合金；根据化学式中的个成分比称量原料，原料的纯度均是大于99.99％的单质金属，将称好的料盛放在电弧炉里的坩埚中，关闭腔体。开启设备前先打开循环水冷却，确认水路畅通后打开设备电源。先使用机械泵将炉腔内真空抽至0.5Pa以下，然后启动分子泵继续抽至5×10-3Pa以下，然后关闭抽真空设备，再向炉腔内充入高纯氩气进行保护，开始熔炼至各原料熔为一体。熔炼过程中，根据不同材料，电流一般控制在200A之间。为使样品熔炼均匀，每个样品都要翻三遍，熔炼四遍。熔炼所得的样品部分被封入石英管中，在高纯氩气保护下进行热工艺处理。在1200℃下保温20天后，将样品快速淬火到冰水混合物中。计算获得的自旋极化率为100％，磁矩为0.600μB。其计算所得能态密度曲线见图2。测量其自旋极化率和饱和磁化强度，获得数值见表1。实施例三材料化学式为CoFe0.5Ti1.5Al的磁性合金；根据化学式中的个成分比称量原料，原料的纯度均是大于99.99％的单质金属，将称好的料盛放在电弧炉里的坩埚中，关闭腔体。开启设备前先打开循环水冷却，确认水路畅通后打开设备电源。先使用机械泵将炉腔内真空抽至0.4Pa以下，然后启动分子泵继续抽至5×10-3Pa以下，然后关闭抽真空设备，再向炉腔内充入高纯氩气进行保护，开始熔炼至各原料熔为一体。熔炼过程中，根据不同材料，电流一般控制在120A之间。为使样品熔炼均匀，每个样品都要翻三遍，熔炼四遍。熔炼所得的样品部分被封入石英管中，在高纯氩气保护下进行热工艺处理。在800℃下保温15天后，将样品快速淬火到冰水混合物中。计算获得的自旋极化率为100％，磁矩为1.000μB。测量其自旋极化率和饱和磁化强度，获得数值见表1。实施例四材料化学式为CoFe0.3Ti1.7Al的磁性合金；根据化学式中的个成分比称量原料，原料的纯度均是大于99.99％的单质金属，将称好的料盛放在电弧炉里的坩埚中，关闭腔体。开启设备前先打开循环水冷却，确认水路畅通后打开设备电源。先使用机械泵将炉腔内真空抽至0.5Pa以下，然后启动分子泵继续抽至5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，其特征在于：该材料化学式为：CoFe1‑xTi1+xAl，其中0＜x＜1。

【技术特征摘要】
1.一种具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，其特征在于：该材料化学式为：CoFe1-xTi1+xAl，其中0＜x＜1。2.根据权利要求1所述的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，其特征在于：所述CoFe1-xTi1+xAl的自旋极化率为100％，磁矩范围是：0＜μB＜2.0。3.根据权利要求1所述的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料，其特征在于：所述CoFe1-xTi1+xAl的原材料均为纯度大于99.99％的单质金属。4.根据权利要求1所述的具有磁性连续变化的高自旋极化率材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将CoFe1-xTi1+xAl的原材料在惰性气体保护和压强为5×...

【专利技术属性】
技术研发人员：代学芳，林婷婷，刘国栋，郭瑞康，王啸天，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12