一种NbGe2单晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及了一种高品质NbGe2单晶，该晶体为六方晶系，其空间群为P 6222(No.180)，晶胞参数为：a=b，其范围是5.002

【技术实现步骤摘要】
一种NbGe2单晶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及NbGe2材料及其制备领域，具体涉及一种高品质NbGe2单晶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]所谓磁阻效应是指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象。彼得
·
格林贝格(Peter Gr
ü
nberg)和艾尔伯
·
费尔(Albert Fert)因为在1988年分别独立发现材料的巨磁阻效应而共同获得2007年的诺贝尔物理学奖。由于它们在电磁器件如磁头、磁传感器、磁开关、磁记录以及磁电子学等方面具有巨大的应用前景，因此引起了人们极大的兴趣，对它的研究近年来已成为物理学和材料化学的一个前沿领域。
[0003]巨磁电阻材料不仅可以被利用来扩大磁储存装置读写头的敏感度，如：磁储存，硬盘；作为磁性传感器，还可以开发出新的自旋电子学器件。在非磁性化合物和化学元素中发现的常规磁阻通常是一个非常微弱的效应，只有百分之几的变化量级。而且一般导体在外加磁场作用下，其磁阻与磁场呈平方关系，而且在相对低的磁场下就会饱和，一般磁阻都比较小。在磁信号探测器方面的应用特别需要从低温到室温附近较宽广温度范围内的线性巨磁电阻效应。
[0004]目前主要的用来解释线性磁电阻的两个模型为量子模型(A.A.Abrikosov,Sov.Phys.JETP 29,746(1969)；A.A.Abrikosov,Phys.Rev.B 58,2788(1998)；A.A.Abrikosov,EPL 49,789(2000).)和应用于无序体系的经典模型(M.M.Parish and P.B.Littlewood,Nature 426,162(2003).)。量子模型认为量子线性磁阻在量子极限下出现，此时所有电子都填充在最低的朗道能级。经典的线性磁阻是由无序导致，可能出现在高无序系统，甚至低无序高迁移率的系统，以及薄膜和量子Hall系统中。量子模型常应用于具有零能隙以及线性色散的材料系统中，如拓扑绝缘体、石墨烯、狄拉克半金属SrMnBi2以及铁基超导的母体等。经典线性磁阻模型常应用于非均匀的InSb、拓扑绝缘体、石墨烯、以及狄拉克半金属Cd3As2中。非常有趣的是经典线性磁阻效应也经常出现在具有线性色散关系的材料中，这或许是由于它们的高迁移率。在高迁移率的样品中即使小的无序也可以导致线性磁阻。当载流子浓度太大以至于不可能达到量子极限时，在无序系统中线性磁阻可能能够被经典模型描述。
[0005]NbGe2是传统的超导材料，但是里面磁阻效应一直没有被发现，对于NbGe2材料大约上世纪70
‑
80年代，国外已有报道成功合成NbGe2单晶材料(J.P.REMEIKA，A.S.COOPER，Z.FISK and D.C.JOHNSTON.Journal of the Less
‑
Cordon Metals,62(1978)211
‑
213)，但其制备方法过于复杂，得到的单晶尺寸也太小(0.5
×
0.05
×
0.05mm3)，剩余电阻率RRR也比较低，这里RRR定义为RRR≡[ρ(300K)
‑
ρ(4K)]/ρ(4K)，说明单晶的质量并不好，所以缺乏对其内秉物理性质的研究，以至于对于NbGe2这个材料的研究一直停滞不前，这也是我们的出发点去寻求制备更高质量的单晶，以研究这个材料的内秉物理特性，在我们研究实践中，也发现NbGe2单晶很难生长，元素比例稍微控制不好，以及温度范围没控制好，都有可能生长
出其他比例的化合物比如NbGe3等，导致其单晶质量不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题，提供一种新型高品质NbGe2单晶及其制备方法和具有巨磁阻效应的特性。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现:一种NbGe2单晶，该晶体为六方晶系，其空间群为P 62 2 2(No.180)，晶胞参数为：a＝b，其范围是c的范围为α＝β＝90
°
,γ＝120
°
,晶胞体积为：(1.481
±
0.004)
×
10
‑
28
m3，它的单晶大小可为0.5
×
0.5
×
0.5mm3～1.5
×
1.5
×
1.5mm3。本专利技术第一次用气相输运法制备出高品质NbGe2单晶。
[0008]本专利技术还提供一种制备高品质NbGe2单晶的方法，包括如下步骤：
[0009]1)将Nb和Ge以摩尔比1:2～1:2.5进行称取并研磨，得到混合物；
[0010]2)将上述混合物置于真空容器中，在温度1073K～1273K温度范围内煅烧24个小时及以上；
[0011]3)然后再将煅烧后的混合粉末重新研磨，并添加2mg/cm3～4mg/cm3浓度的I2，并将其封装在真空容器中，在低温端973K～1023K的基础温度上以温度梯度3K/cm～7K/cm反应72～168个小时，原料放置在高温端，最后在低温端获得NbGe2单晶。
[0012]本专利技术通过Nb和Ge高温通过固相反应生成NbGe2的多晶化合物，并添加适量浓度(2mg/cm3～4mg/cm3)输运剂I2，使NbGe2多晶粉末在高温端与I2发生反应，生成气态的碘化铌和碘化锗，在扩散和对流效应的影响下，慢慢移动到低温端，并在低温端逆反应析出了NbGe2的单晶和气态I2，其中气态I2重新回到高温端继而完成一个循环接着反应下去，从总体来讲输运剂I2相当于搬运工，不断的把多晶粉末的NbGe2从高温端转移到低温端，形成高质量的单晶。
[0013]作为改进，所述的Nb和Ge均为单质粉末，单质粉末的粒径小于10μm。粉末状的Nb和Ge便于研磨，使得混合更加均匀。
[0014]作为改进，所述的研磨时间为20～40min。使得Nb和Ge颗粒尽可能细，混合更加均匀，加速了固相反应的进行。
[0015]作为改进，所述的真空容器为真空石英管或者真空金属管。作为进一步改进，所述的真空度不大于0.1Pa。在真空条件下，反应物之间不受空气中氧气等气体的影响，在一定程度上降低了氧化物等杂质的生成。
[0016]作为改进，所述的步骤3)中的输运时间可以延长。
[0017]本专利技术还提供一种NbGe2单晶作为巨磁电阻效应的材料应用。
[0018]本专利技术所合成的NbGe2单晶具有很高的晶体质量，它的剩余电阻率RRR＝[ρ(300K)
‑
ρ(4K)]/ρ(4K)的范围为650～1100，并且有很好的线性巨磁阻性质：其磁阻在T＝2K和磁场μ0H＝8T时线性磁阻(MR定义为[ρ(H)
‑
ρ(0)]/ρ(0))为1600％，并且并未饱和。随着温度升高，磁阻慢慢减小，在30K时仍保持着100％的线性磁阻(磁场μ0H＝8T)。
[0019]同现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NbGe2单晶，该晶体为六方晶系，其空间群为P 62 2 2(No.180)，晶胞参数为：a＝b，其范围是c的范围为α＝β＝90
°
,γ＝120
°
,晶胞体积为：(1.481
±
0.004)
×
10
‑
28
m3。2.一种制备权利要求1所述NbGe2单晶的方法，包括如下步骤：1)将Nb和Ge以摩尔比1:2～1:2.5的范围内进行称取并研磨，得到混合物；2)将上述混合物置于真空容器中，在温度1073K～1173K温度范围内煅烧24个小时或24小时以上；3)然后再将煅烧后的混合粉末重新研磨，并添加2mg/cm3～4mg/cm3浓度的I2，并将其封装在真空容器中，在低温端973K～1023K的基础温度上以温度梯度3K/cm～7K/cm反应72～168个小时，原料放置在高温端，最后在低温端获得NbGe2单晶。3.根据权利要求2所述所述的制备NbGe2单晶的方法，其特征在于，所述的Nb和G...

【专利技术属性】
技术研发人员：许祝安，吕柏江，陶前，李妙聪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：