铁磁性半金属晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铁磁性半金属晶体及其制备方法、以及该铁磁性半金属晶体的应用。铁磁性半金属晶体的化学式如下：Cu

Ferromagnetic semimetallic crystal and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
铁磁性半金属晶体及其制备方法和应用
本专利技术涉及储能器件领域，尤其涉及一种铁磁性半金属晶体及其制备方法，以及该铁磁性半金属晶体的应用。
技术介绍
在过去的几十年中，二维(2D)层状过渡金属二羟基化合物(TMS)因其特殊的物理和电学性质而备受关注。这些材料具有完美的层状结构和可调谐的带隙，这使得它们在电子、光学、电化学和能量收集应用中成为理想的材。此外，在低维自旋电子存储器逻辑器件的最新发展中，人们致力于研究二维材料的磁性。已经有很多方法被用来有效地说服和影响二维材料中的磁状态，为它们在自旋电子学中的应用提供了前景。近年来，人们对二维半导体TMD和过渡金属掺杂TMD的磁性进行了大量的理论和实验研究。在这些二维材料中，MoS2、WS2和SnS2由于其特殊的结构和电子性质，是磁性研究的有利和有效的材料。为了在这些二维材料中诱导磁性，人们进行了许多尝试，如硫空位、掺杂、应变、辐照质子注入、产生缺陷和化学功能化，这也会影响它们的光学和电学性能。稀磁半导体(DMS)是自旋电子学器件的理想材料。出于这个目的，将磁性元素或过渡金属掺杂到主2D半导体中的想法，因此该材料同时具有半导体和磁性行为。此外，2D-DMS由于层间电荷的限制，其它一些2D材料表现出了非凡的物理和电学性质。石墨烯具有优异的电性能和机械性能，在电池、超级电容器、太阳能电池、半导体器件以及自旋电子学等领域有着广阔的应用前景。最重要的是石墨烯的零带隙结构可以显示磁电阻、量子霍尔效应和自旋孕育的长距离色散，这对于量子信息存储和自旋电子学器件至关重要。因此，自旋极化电流和电荷-磁化耦合对于建立自旋电子器件是非常重要的，这可以在金属结构中找到。目前，半金属或半金属以及金属结构在自旋电子学中的应用引起了广泛的研究兴趣，因为它的一个自旋通道是金属的带结构，在费米能级附近有更多的自旋极化电子，这对自旋极化电流是慷慨的。因此，半金属或金属材料对自旋电子学的应用非常重要。锆基二维材料具有稳定的层状结构，ZrSe2引起了人们的广泛关注。然而，ZrSe2为抗磁性半导体。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种铁磁性半金属晶体及其制备方法。此外，还有必要提供一种该铁磁性半金属晶体的应用。铁磁性半金属晶体，化学式如下：CuxZrySe2，其中，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1。铁磁性半金属晶体的制备方法，用于制备上述的铁磁性半金属晶体，包括如下步骤：将铜粉、锆粉、硒粉和传输剂混合得到混合物，混合物中Cu：Zr：Se的摩尔比为x：y：2，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1；以及在真空条件下，将所述混合物在800℃～1100℃下反应4天～8天，得到所述铁磁性半金属晶体，所述铁磁性半金属晶体的化学式为：CuxZrySe2。一种上述的铁磁性半金属晶体在制备自旋电子器件的应用。上述铁磁性半金属晶体通过ZrSe2中掺杂Cu得到，其化学式为：CuxZrySe2。通过分别对ZrSe2和CuxZrySe2进行磁性测量表明，ZrSe2为抗磁性半导体，CuxZrySe2为垂直磁场的铁磁性半金属(测试例4)。也就是说，通过在ZrSe2中掺杂Cu，成功的将ZrSe2由抗磁性变为铁磁性。优选的，经过磁性测量，Cu0.052Zr0.93Se2的室温磁矩约为0.0125Emu/g，居里温度约为363.49K(测试例4)。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1a为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体的X射线衍射(XRD)图。图1b为ZrSe2晶体的XRD标准JCPDS卡065-3376。图1c为检测实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体的拉曼光谱图。图1d为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体上记录的能量色散X射线光谱图。图2a为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体进行X射线光电子能谱检测Zr的检测图。图2b为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体进行X射线光电子能谱检测Se的检测图。图2c为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体进行X射线光电子能谱检测Cu的检测图。图3a为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的TEM图像。图3b为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的Z-对比度典型的STEM图像。图3c为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的微观结构排列图。图3d为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的STEM原子排列顶视图。图3e为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体STEM原子排列侧视图。图3f为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的TEM图像的元素映射图像。图4a为用于测量实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体的电驱动装置的示意图。如图4b为实施例1制得的化学式为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体和对比例制得的ZrSe2晶体的电阻温度示意图。图4c为ZrSe2晶体的电子性质图。图4d为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的电子性质图。图4e为42eV光子在ZrSe2晶体的完整BZ上以-0.89eV的结合能测量的恒定能量轮廓图。图4f为42eV光子在Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的完整BZ上以-0.89eV的结合能测量的恒定能量轮廓图。图5a为ZrSe2晶体在所有测试温度下的磁矩与磁场(M-H)和温度相关的饱和磁化强度图。图5b为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体在所有测试温度下的磁矩与磁场(M-H)和温度相关的饱和磁化强度图。图5c为Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体在300K下的磁矩与磁场(M-H)和温度相关的饱和磁化强度图。图5d为在500Oe的外加磁场下，通过场冷却(FC)和零场冷却(ZFC)测量的Cu0.052Zr0.93Se2铁磁性半金属晶体的饱和磁化强度与温度的依赖关系图。...

【技术保护点】
1.一种铁磁性半金属晶体，其特征在于，其化学式如下：/nCu

【技术特征摘要】
1.一种铁磁性半金属晶体，其特征在于，其化学式如下：
CuxZrySe2，其中，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1。


2.根据权利要求1所述的铁磁性半金属晶体，其特征在于，0.045≤x≤0.06，0.915≤y≤0.945。


3.根据权利要求1所述的铁磁性半金属晶体，其特征在于，所述铁磁性半金属晶体的化学式为：Cu0.052Zr0.93Se2。


4.根据权利要求1所述的铁磁性半金属晶体，其特征在于，所述铁磁性半金属晶体为具有多层结构的六方晶片。


5.一种铁磁性半金属晶体的制备方法，用于制备如权利要求1～4中任一项所述的铁磁性半金属晶体，其特征在于，包括如下步骤：
将铜粉、锆粉、硒粉和传输剂混合得到混合物，混合物中Cu：Zr：Se的摩尔比为x：y：2，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1；以及
在真空条件下，将所述混合物在800℃～1100℃下反应4天～8天，得到所述铁磁性半金属晶体，所述铁磁性半金属晶体的化学式为：CuxZrySe2。


6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦胜妍，屈军毅，
申请(专利权)人：深圳市立洋光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44