[發明專利]一種稀磁合金材料RIn3-x

有效

• 申請號: 201810876202.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109097652B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 郭永權;楊碩望
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;C22C1/02;C22F1/16;C22F1/02;H01F1/147
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了一種AuCu₃型結構的RIn_3?xFe_x稀磁合金材料的制備方法，其包括以下步驟：(1)根據化學式RIn_3?xFe_x的化學計量比配制R、In、Fe三種單質元素；(2)在惰性氣體的保護下反復熔煉R、In、Fe三種單質元素，得到錠狀合金；(3)將熔煉成的錠狀合金裝入惰性氣體環境的真空石英玻璃管中，并將該石英玻璃管進行熱處理；(4)取出熱處理后的產品進行冷卻，得到具有AuCu₃型結構的RIn_3?xFe_x稀磁合金。本發明方法將3d過渡族磁性元素、4f稀土元素和半導體元素按照配比進行熔煉，通過控制熱處理時的溫度和時間，消除鑄態時存在的雜相，由此獲得了幾乎沒有雜相、成分均勻的具有室溫鐵磁性的AuCu₃型結構的RIn_3?xFe_x稀磁合金材料。

技術領域

本發明屬于稀磁合金材料制備技術領域，具體涉及一種AuCu₃型結構的 RIn_3-xFe_x稀磁合金材料及其制備方法。

背景技術

稀磁合金一般是由磁性元素(如：3d過渡族金屬和4f稀土金屬)和半導體元素組成的具有磁-電耦合作用的化合物。通過將操縱電子電荷自由度而應用于信息存儲的半導體材料和通過操縱電子自旋自由度而應用于信息存儲的磁性材料結合在一起，可使信息的處理和儲存高度集成并且有可能通過向半導體中注入自旋極化電流來調控載流子的自旋態。這類材料在新型磁電、磁光和光電材料器件領域展現出非常廣闊的應用前景，稀磁合金材料作為一種新興的功能材料獲得了廣泛的關注。但是決定稀磁合金能否具有實際應用的關鍵是在室溫以及高于室溫時，能否依舊保持鐵磁性。因此制備具有室溫鐵磁性的稀磁合金材料稱為人們研究的熱點。Lethuillier等人在1973年發現RIn₃體系中除PrIn₃具有亞臨界磁有序外，其他所有合金化合物都具有低溫反鐵磁性，這個低溫的溫度區間大概為 4.5K到45K。在Z.Kletowski的研究之前，盡管已有明確的證據證明在這些化合物中晶體場和磁有序對磁學和電學性質的影響，但對它們的熱電特性所知甚少。 Z.Kletowski的研究發現，在200K以上的溫度區間，除了CeIn₃外其他化合物的熱電力都隨著溫度升高而增高，根據它們在高溫下的熱電力性能表現可將這些化合物分成兩組，一組是輕稀土，一組是重稀土，這兩組化合物的不同熱電力行為都可以用費米面的不同拓撲結構來解釋。1971年NASU等人在1.5到4.2K的溫度區間內對LaIn₃，PrIn₃，CeIn₃的比熱進行研究時發現，LaIn₃在居里點TN＝0.7K 時呈現出超導特性。對TbIn₃的研究發現磁化率隨溫度變化，J.CRANGLE通過中子衍射的方式證實低于奈爾溫度TN時TbIn₃呈現出反鐵磁性并進一步測量出了該化合物的磁矩。隨后，Lethuillier和Chaussy通過測量CeIn₃、PrIn₃和NdIn₃的順磁磁化率曲線以及比熱獲得了相應的晶體場參數。對于TbIn₃、DyIn₃、HoIn₃和ErIn₃這些合金化合物，人們做了系統性地研究。1993年，Satoh等人發現RIn₃ (R＝La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Tb，Ho)化合物在0.2到2.2K溫度區間的電子比熱系數隨著溫度的升高而增加。在RIn₃體系中，PrIn₃在很大的溫度范圍內均呈現出范弗萊克順磁，只有在極低溫度下才表現出原子核反鐵磁有序。其晶體場呈現出單重基態，低溫磁化率和激發態能級分裂成反比，而與溫度無關。Pr離子中4f電子層中未填充的兩個電子使其形成了J＝4的多重基態，磁矩因而產生。PrIn₃的另一顯著特征是，在In原子占位處擁有一個較大核四級相互作用 (e2qQ/h＝+228MHz)。大量的實驗已經證實了NdIn₃化合物具有復雜的磁相圖，其 TN＝5.9K。Czopnik和Czopnik等人發現在零場下NdIn₃在5.2K和4.7K時發生兩個連續一階磁性轉變。在RIn₃體系中，GdIn₃具有最高的奈爾溫度，TN＝45K，晶格參數值為AuCu₃型(空間群Pm-3m)的立方結構。當將GdIn₃的TN 的值與四方結構的GdxMIny(x＝1或2；y＝5或8；M＝Rh，Ir，Co)進行比較時，觀察到有序溫度的輕微變化，其中化合物GdIrIn₅(TN＝42K)和GdCoIn₅(TN＝30K)。與四方相相比，在與GdIn₃同構的SmIn₃中也能夠觀察到類似的特征，據此得出了單晶GdIn₃的磁性和傳輸性質。從磁化率的測量結果來看，有序排列溫度(AFM) 可以估算為TN＝45K，對T41.5TN的居里-外斯行為沒有偏差。磁化等溫線表現出線性行為，這是AFM材料的特征。比熱顯示了一個明確的λ型磁異常特征，與 TN的磁轉變類似。通過測量磁化率，在估計了CP的磁性貢獻之后，計算磁熵，并確定它在TN處沒有完全恢復(理論值)，這可能是由于存在對磁矩幅度和/或磁挫傷的調制。源于Gd離子的4f殼層電子結構。由于4f殼層電子半填充狀態使得Gd離子軌道角動量被凍結(L＝0)，因而磁矩只能依靠4f殼層中未成對的電子。其有效磁矩為8.20μB，接近于Gd離子磁矩，這說明了有效磁矩主要由Gd 離子貢獻。其順磁居里-外斯溫度為-85K。