一种铁磁半导体晶体及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
铁磁半导体是通过向半导体中掺杂磁性离子实现的。由于自旋电子器件方面的应用前景，早在20世纪90年代铁磁半导体体系就被广泛研究(Zutic，I. et al. , Rev. Mod. Phys. 76，323，2004)。迄今最被看好的铁磁半导体是III-V半导体，即以III族元素V 族元素化合物为母相的半导体，其中(GiMn)As体系的铁磁转变温度可达IlOK以上(Ohno， H.，Science 281，951，956，1998)。然而(Ga, Mn) As的性质受制作工艺的影响很大，并且由于Mn元素的掺杂同时引入了载流子与磁矩，使得其物理机制很难被研究。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种铁磁半导体晶体 Liy(ZrvxMnx)As ；并且提供两种Liy(ZrvxMnx)As超导体的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的铁磁半导体晶体，其化学式为Liy(SvxMnx)As，其中 0. 5<y<l. 5，0<χ<0· 5，χ, y表示原子百分比含量。进一步，Liy (ZrvxMnx) As晶体的铁磁转变温度为T。<50K，其晶体结构具有F_4;3m的空间对称群，属立方晶系，并且Liy(ZrvxMnx)As晶体的晶格常数范围为a=5. 8-6. 2 A。本专利技术常压下Liy(SvxMnx)As晶体的制备方法包含以下步骤(1)在常压下，制备前驱体样品，其中前驱体可以是Li、Zn、Mn、As四种单质的混合物， 也可以是Li、ZnAs、MnAs化合物的混合物；(2)将元素配比为Li:Zn:Mn:AS= y: (l_x) 1的前驱粉在手套箱内均勻混合并压制成形；(3)将步骤(2)的样品封装在密闭的试管内，管内要求抽成真空后充入Obar 0.5bar 的保护性气氛；然后将整个试管放置于高温炉内，在常压条件下600°C 1000°C的温度范围内进行至少一遍热处理，热处理时间大于5小时。进一步，常压热处理温度和时间分别优选为750°C 850°C和10小时 30小时。本专利技术高压下Liy(SvxMnx)As晶体的制备方法包含以下步骤(1)在常压下，制备前驱体样品，其中前驱体可以是Li、Zn、Mn、As四种单质的混合物， 也可以是Li、ZnAs、MnAs化合物的混合物；(2)将元素配比为Li:Zn:Mn:AS= y: (l_x) 1的前驱粉在手套箱内均勻混合并压制成形；(3)将步骤(2)的样品用金箔包裹，并封装在BN管内，然后置于高压组装件内的石墨炉中，进行高压合成，其中高压合成的压力为1 一 20GPa，温度为600 — 1000°C，保温时间0. 2 小时以上，同样得到Liy(ZrvxMnx)As晶体。进一步，高压热处理温度和时间分别优选为750°C 850°C和0. 5小时 1小时； 高压热处理优化次数为2次以上；在高压实验前首先进行温度和压力的标定，并用控制加热功率的方法控制加热温度。本专利技术Liy(ZrvxMnx)As晶体采用高温常压或高温高压合成方法，均可以制备出此种Liy (ZrvxMnx) As晶体，此种化合物在特定的元素配比下具有50K以下的铁磁转变温度，并对研究铁磁半导体的磁性机制具有重要的物理意义。半导体Li (Zn, Mn) As可以利用简单的固态反应法合成，并且其中的载流子与磁矩分别由Li离子与Mn离子提供，这为铁磁半导体机制的研究提供了便利。作为一种全新类型的铁磁半导体，Li (Zn，Mn) As的成功制备也为人们寻找具有更高铁磁转变温度的铁磁半导体提供了思路。附图说明图1是本专利技术的铁磁半导体晶体Liy(ZrvxMnx)As的X射线衍射图谱；图2是本专利技术的铁磁半导体晶体Liy(ZrvxMnx)As的直流磁化率与温度的关系曲线图； 图3是本专利技术的铁磁半导体晶体Liy(ZrvxMnx)As的晶体结构示意图。具体实施例方式实施例1在充有氩气手套箱中将99. 9%或以上纯度的Si粉、Mn粉、As粉按照0. 9:0. 1 1的摩尔比均勻混合，并压制成混合物小圆片。然后按照Li:Zn:Mn:AS = 1.1: 0.9:0. 1:1的摩尔比称量Li块，并将混合物小圆片与Li块一起装入氧化铝陶瓷试管中；接着将装有样品的陶瓷试管封装于石英管内，并对石英管内抽真空，然后在石英管内充入0. 2Bar的氩气并密封。接下来在高温炉内900°C的温度下烧结5小时。最后取出样品，分别对样品进行X光衍射以及直流磁化率的测量实验，其结果分别如图1和图2所示。其铁磁转变温度为50K。 实施例2采用常压下固相反应方法，将99. 9%或以上纯度的Si粉、As粉以1:1的摩尔比混合、 压片，并封装在真空石英管中，在900°C的条件下烧结，保温48小时，可制备单相的ZnAs化合物。按同样的做法也得到单相的MnAs化合物。在充有氩气手套箱中然后按照Li:ZnAs:MnAs =1. 50. 80. 2的摩尔比称量Li块， 并一起装入氧化铝陶瓷试管中；接着将装有样品的陶瓷试管放入石英管内并抽成真空，然后在石英管内充入0. 5Bar的氩气并密封。接下来于高温炉内在1000°C的温度烧结30小时。最后得到Liy(ZrvxMnx)As晶体。实验对该样品的X光谱图进行结构精修，并得到其晶体结构如图3所示。 实施例3按照实施例2的步骤制备ZnAS、MnAS前驱体。在充有氩气手套箱中然后按照Li: ZnAs: MnAs=O. 5:0.7:0.3的摩尔比称量Li块， 并一起装入氧化铝陶瓷试管中；接着将装有样品的陶瓷试管放入石英管内并抽成真空，然后在石英管内充入0. 2Bar的氩气并密封。接下来于高温炉内在600°C的温度烧结10小时。 最后同样得到Liy(ZrvxMnx)As晶体。 实施例4按照实施例2的步骤制备ZnAS、MnAS前驱体。在充有氩气手套箱中按照Li: ZnAs: MnAs=I :0. 5:0. 5的摩尔比将Li块、ZnAs粉、 MnAs粉装入金箔内，并预压成Φ6的圆柱，再封装入Φ8Χ 15mm的BN管内。将BN管放入石墨炉，装入高压组装件内进行高压合成。样品合成在六面顶大压机上进行，高压实验前首先进行温度和压力的标定，用控制加热功率的方法控制加热温度。先在室温下缓慢升压至lGPa，再启动加热程序加热至600°C，在高温高压条件下保温1小时，淬火至室温，然后卸压，得到第一次高压处理样品。在充有氩气手套箱内，剥掉第一次高压处理样品外面的金箔，将剩下的样品粉碎后均勻研磨混合。然后再次装入金箔并预压成Φ6的圆柱后封装入Φ8Χ15πιπι的BN管内， 进行第二次高压热处理。高压压力为lGPa，合成温度为600°C，合成时间为1小时。最后同样得到Liy(ZrvxMnx)As晶体。 实施例5按照实施例2的步骤制备ZnAS、MnAS前驱体。在充有氩气手套箱中按照Li:ZnAs:MnAs=l. 1:0.9:0. 1的摩尔比将Li块、SiAs粉、 MnAs粉装入金箔内，并预压成Φ 3的圆柱，装入高压组装件内，然后在六八型二级推进压机上进行高压合成。高压实验前首先进行压力的标定，实验过程中利用原位热电偶控制加热温度。先在室温下缓慢升压至20GPa，再启动加热程序加热至100本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铁磁半导体晶体，其特征在于，其化学式为Ｌｉｙ（Ｚｎ１－ｘＭｎｘ）Ａｓ，其中０．５（ｙ（１．５，０（ｘ（０．５，ｘ，ｙ表示原子百分比含量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：靳常青，邓正，植村泰朋，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11