[發明專利]一種稀土基磁性斯格明子材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201911236485.3
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN111074129B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李領偉;侯志鵬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01F1/40
• 分類號: H01F1/40;H01F1/01;C22C30/00;C22C30/02;C22C30/04;C22C30/06;C22C1/02;C22F1/02;G11C13/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明提供了一種稀土基磁性斯格明子材料、制備方法及其應用，其化學通式為稀土R_a(Mn_1?xGe_1+x)_bZ_c，其中R為Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一種或多種的混合，Z為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Mg、Si，Sn、Cd中的一種或多種；20≤a≤25，75≤b≤80，0≤x≤0.1，0≤c≤10，a+b+c＝100，a、b、c、x表示原子百分比含量，本發明在20K?400K溫度范圍內具有磁性斯格明子結構，而且具有原材料成本低廉、成分可控、是一種理想的基于斯格明子的磁存儲和邏輯運算的候選材料，該方法工藝簡單、適用于工業化。

技術領域

本發明涉及一種稀土基磁性功能材料，尤其涉及一種稀土基磁性斯格明子材料、制備方法及其應用。

背景技術

隨著社會信息化程度越來越高，對信息存儲設備要求越來越高。儲密度更高、能耗更低、讀寫速度更快的存儲技術需要不斷開發新技術和新材料來實現。

近年來磁性斯格明子(Skyrmions)的研究不斷發展，利用磁性斯格明子的產生和湮滅可實現信息的存儲。目前已在非中心對稱的B20結構磁性材料、多鐵材料Cu₂OSeO₃和Mn-Zn鐵氧體材料、反鐵磁耦合的雙層以及多層膜體系和阻挫磁體中發現了磁性斯格明子磁疇結構。由于磁斯格明子具有磁疇結構單元尺寸小(1～500nm)、抗干擾能力強(存在拓撲保護)、磁疇翻轉電流密度低(小于10⁶A/m²)等特點，有望應用于高速穩定且低能耗的的磁存儲及自旋電子學器件。

磁性斯格明子的渦旋磁疇結構是磁性系統中不同類型的能量相互競爭的結果。磁有序系統中穩定存在斯格明子的機理有四種分別是:長程偶極相互作用,Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI),阻挫交換相互作用以及四自旋相互作用,并且多種機理可能會同時存在。此外幾何限制以及各種微磁學能量之間的競爭也可以自發地形成穩定的斯格明子基態。

信息存儲要求材料在室溫附近性能穩定，但目前發現的具有磁斯格明子磁疇的B20結構磁性材料和氧化物磁性材料相變溫度低，不能在室溫下產生斯格明子。而多層膜結構系統的制備需要昂貴的精密儀器，技術難度大，成本高。因此尋找合適的斯格明子磁性材料是實現大規模應用亟待解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種稀土基磁性斯格明子材料、制備方法及其應用。

一種稀土基磁性斯格明子材料，其化學通式為稀土R_a(Mn_1-xGe_1+x)_bZ_c，其中R為Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一種或多種的混合，Z為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Mg、Si，Sn、Cd中的一種或多種；20≤a≤25，75≤b≤80，0≤x≤0.1，0≤c≤10，a+b+c＝100，a、b、c、x表示原子百分比含量，所述的稀土R_a(Mn_1-xGe_1+x)_bZ_c材料在20K-400K溫度范圍內具有穩定的磁性斯格明子磁疇結構。

一種稀土基磁性斯格明子材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟一：按照化學式稱量稀土、Mn、Ge、Z原料；

步驟二：在真空或惰性氣體保護下、采用電弧、感應或電阻加熱的方式將步驟一中的原料加熱到熔化并保持1-3分鐘；

步驟三：將上一步驟所得產物翻轉后，采用電弧、感應或電阻加熱的方式再次加熱至熔化并保持1-3分鐘，此步驟可重復2-5次；