一种反铁磁性硫卤化物晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种新型反铁磁性的硫卤化物晶体材料及其制备方法和应用，所得晶体材料的反铁磁相转变温度可在100K以上。所述晶体材料化学通式为Ba3XFeQ4，其中X选自卤族元素F、Cl、Br或I中的一种或几种的组合，Q选自硫族元素S、Se或Te中的一种或几种的组合，属于正交晶系。这种新的晶体材料有高的反铁磁相转变温度，合成方法简单，可以在巨磁电阻器件等反铁磁器件领域应用。领域应用。领域应用。

【技术实现步骤摘要】
一种反铁磁性硫卤化物晶体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种无机晶体材料、制备及其作为反铁磁性晶体的应用，属于无机材料领域。

技术介绍

[0002]反铁磁性化合物相关的应用研究起步较晚，由于具备反铁磁性的物质相对不多，而且在常温下多数表现为顺磁性，其应用相对也较少。但随着科技的进步和对材料要求的提高，反铁磁性材料开始在信息存储、高温超导、巨磁电阻方面发挥越来越重要的作用。在反铁磁性材料领域，铁基化合物的丰富磁学性质一直备受关注，然而被报道的杂阴离子铁基硫属化合物数量很少，这是因为现有的铁基杂阴离子硫属化合物的合成条件都比较苛刻(高温或高压)，在这种条件下物质倾向于形成热力学稳定的氧化物或硫化物，采用软化学法探索新型铁基杂阴离子硫属化合物的相关研究还比较空白。因此，探索在简单条件下合成具有反铁磁性质的新型铁基杂阴离子硫属化合物对未来的技术发展方向具有重要的战略储备意义和应用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种新型硫卤化物反铁磁性晶体及其制备方法。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种反铁磁性晶体，化学通式为Ba3XFeQ4，其中X选自卤族元素F、Cl、Br或I中的一种或几种的组合，Q选自硫族元素S、Se或Te中的一种或几种的组合，所述反铁磁性晶体属于正交晶系。
[0005]所述反铁磁性晶体具有反钙钛矿结构或层状结构，由[Ba3X]5+
三维框架或二维层与其间的[FeQ4]5‑
四面体组成，Ba与邻近的六个X配位形成[Ba6X]9‑
八面体，在三维框架中八面体通过共顶点的方式连接，在二维层状结构中[Ba6X]9‑
八面体通过共用顶点或共用棱与其他 [Ba6X]9‑
八面体相互连接。
[0006]第二方面，本专利技术提供上述任一种反铁磁性晶体的制备方法，包括：将包含钡源、卤族元素源、铁源和硫族元素源的原料置于真空条件下，采用高温固相反应法于700～ 900℃保温超过24小时后降温冷却。
[0007]所述原料中钡元素、卤族元素、铁元素和硫族元素的摩尔比可为(2～3)∶1∶1∶ (3～4)。卤族元素和硫族元素可以与钡元素、铁元素来自同一化合物，例如原料包含钡或铁的硫化物和卤化物。
[0008]所述高温固相反应法可包括以70～90℃/小时的速率升温至700～900℃。
[0009]所述高温固相反应法可包括升温至700～900℃后保温24～72小时，然后以3～8℃/ 小时的降温速率降温至450℃～650℃，之后自然冷却至室温。
[0010]第五方面，本专利技术提供一类上述反铁磁性晶体的应用，可实现高温下(＞100K)反铁磁和铁磁性的相转变，用于巨磁电阻器件、高温超导、高密度信息存储器、磁性半导体、自旋电子元件、磁性随机内存、自旋场发射晶体管或自旋发光二极管(包括形成具备其中至少
一种用途的设备/系统)。
[0011]本专利技术提供一种新型硫卤化物反铁磁性晶体，化学通式为Ba3XFeQ4，其中X选自卤族元素F、Cl、Br或I中的一种或几种的组合，Q选自硫族元素S、Se或Te中的一种或几种的组合，具有高于100K温度下的反铁磁相转变行为，在如巨磁电阻体、高密度信息存储、磁性半导体、自旋电子元件、磁性随机内存、自旋场发射晶体管或自旋发光二极管等各领域有广阔的应用前景。该类晶体具有反钙钛矿结构或层状结构，由[Ba3X]5+
三维框架或二维层与其间的[FeQ4]5‑
四面体组成(见图1)。晶体结构中Ba、X、Fe和Q的化合价分别为 +2、
‑
1、+3、
‑
2价。Ba与邻近的六个X配位形成[Ba6X]9‑
八面体，在三维框架中八面体通过共顶点的方式连接，在二维层状结构中[Ba6X]9‑
八面体通过共用顶点或共用棱与其他 [Ba6X]9‑
八面体相互连接。结构中Q的存在可以帮助Fe传递反铁磁超相互作用，从而有助于得到更强的反铁磁性和高的相转变温度。测试表明，以Ba3IFeS4为例，其粉末光学带隙为 1.58eV，反铁磁相转变温度为110K。
附图说明
[0012]图1为本专利技术Ba3XFeQ4反铁磁性晶体的反钙钛矿结构示意图；图2为本专利技术Ba3XFeQ4反铁磁性晶体的层状结构示意图；图3为本专利技术实施例2的Ba3IFeS4的粉末X射线衍射图，a为实验图谱，b为理论图谱；图4为本专利技术实施例2的Ba3IFeS4的紫外
‑
可见漫反射图；图5为专利技术实施例2的Ba3IFeS4的磁性测试图；
具体实施方式
[0013]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0014]本公开涉及一类反铁磁性晶体及其制备方法，其化学通式为Ba3XFeQ4，其中X选自卤族元素F、Cl、Br或I中的一种或几种的组合，Q选自硫族元素S、Se或Te中的一种或几种的组合，于正交晶系，具有反钙钛矿结构或层状结构。该晶体材料具有优良的反铁磁性能，作为Ba3XFeQ4一例的Ba3IFeS4的反铁磁相转变温度为108K，带隙为1.58eV，磁矩为 3.21μ
B
。该类晶体可用于制作反铁磁器件，在多领域具有广泛的应用前景，可用于高温超导、巨磁电阻等方面。
[0015]实施形态1本实施形态的反铁磁性晶体Ba3XFeQ4(X＝F、Cl、Br、I；Q＝S、Se、Te)属于正交晶系，具有反钙钛矿结构或层状结构，反钙钛矿结构由[Ba3X]5+
三维框架与其间的[FeQ4]5‑
四面体组成(见图1)，层状结构是由[Ba3X]5+
二维层与层间的[FeQ4]5‑
四面体堆垛而成(见图2)。晶体结构中Ba、卤族元素、Fe和硫族元素的化合价分别为+2、
‑
1、+3、
‑
2价。Ba与邻近的六个I配位形成[Ba6I]9‑
八面体，通过共用顶点或共用棱与其他[Ba6I]9‑
八面体相互连接。作为 Ba3XFeQ4的一例Ba3IFeS4的晶胞参数为：的一例Ba3IFeS4的晶胞参数为：α＝β＝γ＝90
°
，Z＝4(测定温度180K)，其晶体学数据如表1所示。表1 Ba3IFeS4的晶体学数据
[0016]以下，示例性说明本专利技术反铁磁性晶体Ba3XFeQ4的制备方法。
[0017]可将包含钡源、卤素源、铁源和硫族元素源的原料置于真空条件下，采用高温固相反应法制备。可以将原料在例如研钵中充分研磨混合均匀。真空条件例如为真空抽至0.1～0.3 Pa，可以将混合后的原料密封于例如石英管中。原料中钡元素、卤族元素、铁元素和硫族元素的摩尔比可为(2～3)∶1∶1∶(3～4)，从而可以进一步获得纯度较高的产物。卤族元素和硫族元素可以与钡元素、铁元素来自同一化合物，例如原料包含钡或铁的碘化物或硫化物。
[0018]可将混合后的原料置于真空条件下，升温至700
‑
900℃，保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反铁磁性晶体，其特征在于，化学通式为Ba3XFeQ4，其中X选自卤族元素F、Cl、Br或I中的一种或几种的组合，Q选自硫族元素S、Se或Te中的一种或几种的组合，所述反铁磁性晶体属于正交晶系，具有反钙钛矿结构或层状结构，由[Ba3X]
5+
三维框架或二维层与其间的[FeQ4]5‑
四面体组成，Ba与邻近的六个X配位形成[Ba6X]9‑
八面体，在三维框架中八面体通过共顶点的方式连接，在二维层状结构中[Ba6X]9‑
八面体通过共用顶点或共用棱与其他[Ba6X]9‑
八面体相互连接。2.一种权利要求1所述的反铁磁性晶体的制备方法，其特征在于，包括：将包含钡源、卤族元素源、铁源和硫族元素源的原料置于真空条件下，采用高温固相反应法于700～900℃保温超过24小时后降温冷却。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，张弦，肖熠，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：