[發明專利]一種稀磁半導體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210593000.8
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103911660B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 趙侃;鄧正;靳常青
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;H01F1/01
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 王勇,王博

技術領域

本發明涉及一種稀磁半導體材料，尤其涉及一種ThCr₂Si₂型稀磁半導體晶體材料。

背景技術

稀磁半導體材料由于在自旋電子器件領域的潛在應用，而獲得廣泛關注。稀磁半導體一般是通過在半導體中引入少量的磁性離子而得到。典型的基于III-V族半導體,例如(Ga,Mn)As和(Ga,Mn)N(H.Ohno,et al.,Science 281,951-956(1998))，Mn²⁺替代Ga³⁺，由于不等價替代，導致很有限的化學溶解度，只能以外延薄膜的形式制備，并且載流子和自旋不能分別進行調控。最近，基于I-Ⅱ-Ⅴ族半導體LiZnAs的稀磁半導體Li(Zn,Mn)As被成功制備(Z.Deng et al.,Nature Communications 2:422(2011))。在這個體系中，載流子通過元素Li的含量來控制，自旋通過Mn²⁺替代Zn²⁺的量來調控。但其50K的鐵磁轉變溫度要遠低于(Ga,Mn)As中大約180K的鐵磁轉變溫度。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種具有較高的鐵磁轉變溫度的稀磁半導體材料。

本發明提供一種稀磁半導體材料，其化學式為(Ba_1-xK_x)(Zn_1-yMn_y)₂As₂，其中0<x<0.5，0<y<0.5。

根據本發明提供的材料，其中所述稀磁半導體材料的晶體結構為ThCr₂Si₂型晶體結構。

根據本發明提供的材料，其中0.05<x<0.3，0.05<y<0.3。

根據本發明提供的材料，其中x＝0.3，y＝0.15。

本發明還提供一種制備上述材料的方法，包括：

1)制備前驅體，其中前驅體為是Ba、K、Zn、Mn、As五種單質的混合物或BaAs、KAs、Zn、Mn、As的混合物，所述前驅體中摩爾比為Ba:K:Zn:Mn:As＝1-x:x:2(1-y):2y:2，其中0<x<0.5，0<y<0.5；

2)在惰性氣體保護下，將所述前驅體加熱至600至1000攝氏度，加熱5小時以上，得到(Ba_1-xK_x)(Zn_1-yMn_y)₂As₂。

根據本發明提供的方法，其中所述步驟1)還包括將前驅體的材料混合均勻并壓制成型。

根據本發明提供的方法，其中步驟2)還包括：將所述前驅體放入真空環境下，并充入0.5bar以下的惰性氣體。

根據本發明提供的方法，其中步驟2)中將前驅體加熱至700至800攝氏度，加熱時間在10小時至30小時范圍內。

本發明還提供一種制備上述材料的方法，包括：

1)制備前驅體，其中前驅體為是Ba、K、Zn、Mn、As五種單質的混合物或BaAs、KAs、Zn、Mn、As的混合物，所述前驅體中摩爾比為Ba:K:Zn:Mn:As＝1-x:x:2(1-y):2y:2，其中0<x<0.5，0<y<0.5；

2)將所述前驅體在600至1000攝氏度下，一個大氣壓至20GPa的壓強下，進行至少一次熱處理，熱處理時間大于0.2小時，得到(Ba_1-xK_x)(Zn_1-yMn_y)₂As₂。

根據本發明提供的方法，其中所述步驟1)還包括將前驅體的材料混合均勻并壓制成型。

本發明提了一種ThCr₂Si₂型稀磁半導體晶體材料，所述的稀磁半導體晶體的空間群為I4/mmm，屬四方晶系，其晶格常數變化范圍為：鐵磁轉變溫度為0-220K。

附圖說明

以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中：