CN103553000B - 制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:a、将铋粉和硒粉按摩尔比2:3在氩气手套箱中称量，研磨，压片；封入真空石英管后再烧结、淬火，制得Bi2Se3单晶片；b、将摩尔比7:3:10的氧化镧、碳酸锶及乙酸锰溶解到硝酸溶液中，再加入络合剂，溶解后置于炉中烧结，制得La0.7Sr0.3MnO3前驱粉；c、将制得的前驱粉与少量硅烷偶联剂混合；d、将硅橡胶加入c步得到的前驱粉，混合均匀并压片；e、将d步的基片与Bi2Se3单晶片贴合并加压固化，后用胶带对Bi2Se3单晶片剥离，即得。本方法的制备过程简单，制备周期短，易操作，大大降低了制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备拓扑绝缘体与钙钛矿氧化物复合结构的方法，尤其涉及拓扑绝缘体Bi2Se3和钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法。
背景技术
拓扑绝缘体作为一种新奇的量子物态，自问世以来就受到了广泛的关注。由于其表面态受体态的时间反演不变拓扑保护,非磁性杂质不会破坏其表面态的性质,使其在未来低能耗的自旋电子器件、容错量子通信及量子计算机中有着广泛的应用前景。拓扑绝缘体还与近年的研究热点如反常量子自旋霍尔效应、磁单极效应、拓扑磁电效应等紧密相连，这些特征都是利用物质中电子能带的拓扑性质来实现的。然而，要实现这些关键应用的先决条件是在拓扑绝缘体中保持拓扑序的同时引入铁磁序。为了系统了解磁性材料对拓扑绝缘体体系的电子结构、电磁学性质等的影响，调控拓扑表面态进而探索实现拓扑绝缘体在自旋电子器件、容错量子通信及量子计算机等领域中的应用，除了磁性元素掺杂之外，将拓扑绝缘体材料与磁性材料结合的复合结构也成为人们的研发热点。
现有的拓扑绝缘体与磁性材料的复合结构的制备方法，主要采用沉积法：即先制备出需要复合的磁性材料和拓扑绝缘体材料，再通过脉冲激光沉积法、气相沉积法、磁控溅射法等将之依次沉积到相应的基底上，得到需要的复合（异质）结构。也可以通过分子束外延（MBE）的方法在磁性薄膜基底上生长拓扑绝缘体单晶外延薄膜。制备复合结构的这些方法，受基底材料的限制很强，对设备、制备环境等试验条件要求很高，且制备周期长，能源消耗多，制备成本高，不能进行大规模生产。因此，开发低成本的方法以制备性能优良的复合结构，具有重要的科学意义和工程价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，该方法的制备过程简单，能耗小，制备成本低。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:
a、拓扑绝缘体单晶的制备：在氩气手套箱中将高纯铋粉和高纯硒粉按2:3 的摩尔比配比称量、并研磨、压片；再封入气压小于1×10-2Pa的真空石英管中，然后将真空石英管置于管式炉中缓慢加热到840-870℃并保温6-10h，再用20-25小时的时间均匀降温至550-650℃，随即冷水淬火，即得Bi2Se3单晶片；
b、制备钙钛矿氧化物前驱粉：将氧化镧和碳酸锶及乙酸锰按镧、锶、锰离子数量比为7:3:10的配比，溶解到硝酸溶液中，均匀混合后再加入摩尔比为1：1的柠檬酸和乙二醇组成的络合剂，再将溶液加热至40～50℃并快速搅拌至络合剂完全溶解，络合剂的加入质量为氧化镧质量的5%-10%；然后在箱式炉中200～300℃下保温4-8个小时，再缓慢加热至1000～1200℃保温4-10个小时并退火，即制得前驱粉La0.7Sr0.3MnO3；
c、偶联剂包裹：将(b)步制得的100份重的前驱粉La0.7Sr0.3MnO3与1份重的硅烷偶联剂混合并搅拌均匀；
d、粘接剂添加：将粘接剂加入c步包裹偶联剂后的前驱粉，混合均匀，并压制成片得La0.7Sr0.3MnO3基片，其中粘接剂质量占总质量的百分比为3-12%；
e、粘接复合：将d步所得的La0.7Sr0.3MnO3基片与a步制得的Bi2Se3单晶片贴合，并在1Kg的压力下固化12-24小时，之后再用透明胶带对Bi2Se3单晶片进行机械剥离，重复机械剥离操作，直至不能再剥离为止，即得。
2、如权利要求1所述的制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其特征在于：所述的（d）步中加入的粘接剂为硅橡胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、申请人发现前驱粉La0.7Sr0.3MnO3包裹偶联剂后再加入3%-12%的粘接剂既能通过压片得到基片，又能在压片后保持良好的粘性。从而巧妙利用这一特性，通过带粘性的La0.7Sr0.3MnO3基片3与具有沿（001）面易解理的拓扑绝缘体Bi2Se3的直接贴合，并在压力下粘接固化，进而制备出一种新型的拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3的复合结构。较之直接使用粘接剂进行粘接，本发明制得的复合结构中钙钛矿氧化物与拓扑绝缘体单晶片材之间的粘接强度大大增强，且钙钛矿型锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3对拓扑绝缘体材料Bi2Se3产生了更明显的影响，能产生新的特性，在拓扑绝缘体性能及应用研究中有更好的应用。
二、本发明仅在前驱粉和Bi2Se3单晶片的制备过程中需要高温烧结，在后期复合的过程中不需要加热，其能耗小，大大降低了制备成本低。在后期的复 合过程中仅需直接贴合，并施加1Kg的压力进行固化即可，制备过程简单，周期短，易操作。无需高昂的沉积设备和真空生长设备，也降低了制作成本。
三、通过透明胶带的机械剥离可以将Bi2Se3单晶片剥离到微米级的厚度，而不损坏复合结构。便于实现其在微米器件的应用。
上述的（d）步中加入的粘接剂为硅橡胶。
这种粘接剂具有粘附力强，固化收缩率低，较好的耐热性。与La0.7Sr0.3MnO3结合后具有也具有较长的固化时间，更容易实现La0.7Sr0.3MnO3与Bi2Se3之间的粘接。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明
附图说明
图1a是本发明实施例一制得的复合结构的X射线衍射图谱。
图1b是本发明实施例一制得的复合结构的扫描电镜照片。
图1c是本发明实施例一制得的复合结构的电阻率与温度的关系。
图2a是本发明实施例二制得的复合结构的X射线衍射图谱。
图2b是本发明实施例二制得的复合结构的扫描电镜照片。
图2c是本发明实施例二制得的复合结构的电阻率与温度的关系。
图3a是本发明实施例三制得的复合结构的X射线衍射图谱。
图3b是本发明实施例三制得的复合结构的扫描电镜照片。
图3c是本发明实施例三制得的复合结构的电阻率与温度的关系。
图1a,2a,3a的纵坐标为衍射强度（Intensity）、任意单位(a.u.)；横坐标为衍射角2θ,单位为度(deg)。图1c,2c,3c的纵坐标为电阻率（ρ），单位为欧姆厘米(Ω·cm)。
具体实施方式
实施例一
一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:
a、拓扑绝缘体单晶的制备：在氩气手套箱中将高纯铋粉和高纯硒粉按2:3的摩尔比配比称量、并研磨、压片；再封入气压0.9×10-2Pa的真空石英管中，然后将真空石英管置于管式炉中缓慢加热到850℃并保温8h，再用24小时的时间均匀降温至620℃，随即冷水淬火，即得Bi2Se3单晶片；
b、制备钙钛矿氧化物前驱粉：将氧化镧和碳酸锶及乙酸锰按镧、锶、锰 离子数量比为7:3:10的配比，溶解到硝酸溶液中，均匀混合后再加入摩尔比为1：1的柠檬酸和乙二醇组成的络合剂，再将溶液加热至50℃并快速搅拌至络合剂完全溶解，络合剂的加入质量为氧化镧质量的10%；然后在箱式炉中300℃下保温8个小时，再缓慢加热至1200℃保温10个小时并退火，即制得前驱粉La0.7Sr0.3MnO3；
c、偶联剂包裹：将(b)步制得的100份重的前驱粉La0.7Sr0.3MnO3与1份重的硅烷偶联剂混合并搅拌均匀；
d、粘接剂添加：将硅橡胶粘接剂加入c步包裹偶联剂后的前驱粉，混合均匀，并压制成片得La0.7Sr0.3MnO3基片，其中粘接剂质量占总质量的百分比为3%；
e、粘接复合：将d步所得的La0.7Sr0.3MnO3基片与a步制得的Bi2Se3单晶片贴合，并在1kg的压力下固化24小时，之后再用透明胶带对Bi2Se3单晶片进行机械剥离，重复机械剥离操作，直至不能再剥离为止，即得。
图1a是本例制得复合结构的X射线衍射图谱图。图1b是本例制得物的扫描电镜照片（呈颗粒状的部分为La0.7Sr0.3MnO3，光滑片状部分为Bi2Se3）。图1c是用本例复合结构测得的电阻率温度变化曲线。图1a和图1b说明LSMO与Bi2Se3并未发生反应，两者晶相结构良好。图1c出现的负磁电阻现象说明3％硅橡胶粘结的La0.7Sr0.3MnO3与Bi2Se3之间确实有相互作用的产生。
实施例二
一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:
a、拓扑绝缘体单晶的制备：在氩气手套箱中将高纯铋粉和高纯硒粉按2:3的摩尔比配比称量、并研磨、压片；再封入气压0.5×10-2Pa的真空石英管中，然后将真空石英管置于管式炉中缓慢加热到840℃并保温6h，再用20小时的时间均匀降温至550℃，随即冷水淬火，即得Bi2Se3单晶片；
b、制备钙钛矿氧化物前驱粉：将氧化镧和碳酸锶及乙酸锰按镧、锶、锰离子数量比为7:3:10的配比，溶解到硝酸溶液中，均匀混合后再加入摩尔比为1：1的柠檬酸和乙二醇组成的络合剂，再将溶液加热至40℃并快速搅拌至络合剂完全溶解，络合剂的加入质量为氧化镧质量的5%；然后在箱式炉中200℃下保温4个小时，再缓慢加热至1000℃保温4个小时并退火，即制得前驱粉La0.7Sr0.3MnO3；
c、偶联剂包裹：将(b)步制得的100份重的前驱粉La0.7Sr0.3MnO3与1份重的硅烷偶联剂混合并搅拌均匀；
d、粘接剂添加：将硅橡胶粘接剂加入c步包裹偶联剂后的前驱粉，混合均匀，并压制成片得La0.7Sr0.3MnO3基片，其中粘接剂质量占总质量的百分比为10%；
e、粘接复合：将d步所得的La0.7Sr0.3MnO3基片与a步制得的Bi2Se3单晶片贴合，并在1kg的压力下固化12小时，之后再用透明胶带对Bi2Se3单晶片进行机械剥离，重复机械剥离操作，直至不能再剥离为止，即得。
图2a是本例制得复合结构的X射线衍射图谱图。图2b是本例制得物的扫描电镜照片（呈颗粒状的部分为La0.7Sr0.3MnO3，光滑片状部分为Bi2Se3）。图2c是用本例复合结构测得的电阻率温度变化曲线。图2a和图2b说明LSMO与Bi2Se3并未发生反应，两者晶相结构良好。图2c出现的电阻峰及负磁电阻现象说明10％硅橡胶粘结的LSMO与Bi2Se3之间确实有相互作用的产生。
实施例三
一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:
a、拓扑绝缘体单晶的制备：在氩气手套箱中将高纯铋粉和高纯硒粉按2:3的摩尔比配比称量、并研磨、压片；再封入气压0.2×10-2Pa的真空石英管中，然后将真空石英管置于管式炉中缓慢加热到870℃并保温10h，再用25小时的时间均匀降温至650℃，随即冷水淬火，即得Bi2Se3单晶片；
b、制备钙钛矿氧化物前驱粉：将氧化镧和碳酸锶及乙酸锰按镧、锶、锰离子数量比为7:3:10的配比，溶解到硝酸溶液中，均匀混合后再加入摩尔比为1：1的柠檬酸和乙二醇组成的络合剂，再将溶液加热至45C并快速搅拌至络合剂完全溶解，络合剂的加入量为氧化镧质量的8%；然后在箱式炉中250℃下保温6个小时，再缓慢加热至1100℃保温8个小时并退火，即制得前驱粉La0.7Sr0.3MnO3；
c、偶联剂包裹：将(b)步制得的100份重的前驱粉La0.7Sr0.3MnO3与1份重的硅烷偶联剂混合并搅拌均匀；
d、粘接剂添加：将硅橡胶粘接剂加入c步包裹偶联剂后的前驱粉，混合均匀，并压制成片得La0.7Sr0.3MnO3基片，其中粘接剂质量占总质量的百分比为 12%；
e、粘接复合：将d步所得的La0.7Sr0.3MnO3基片与a步制得的Bi2Se3单晶片贴合，并在1kg的压力下固化15小时，之后再用透明胶带对Bi2Se3单晶片进行机械剥离，重复机械剥离操作，直至不能再剥离为止，即得。
图3a是本例制得复合结构的X射线衍射图谱图。图3b是本例制得物的扫描电镜照片（呈颗粒状的部分为La0.7Sr0.3MnO3，光滑片状部分为Bi2Se3）。图3c是用本例复合结构测得的电阻率温度变化曲线。图3a和图3b说明LSMO与Bi2Se3并未发生反应，两者晶相结构良好。图3c出现的电阻峰现象说明12％硅橡胶粘结的LSMO与Bi2Se3之间确实有相互作用的产生。
本发明采用的高纯铋粉和高纯硒粉分别是纯度为99.999%的铋粉和纯度为99.999%的硒粉。
Claims (1)
1.一种制备拓扑绝缘体Bi2Se3与钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3MnO3复合结构的方法，其步骤是:
a、拓扑绝缘体单晶的制备：在氩气手套箱中将高纯铋粉和高纯硒粉按2:3的摩尔比配比称量、并研磨、压片；再封入气压小于1×10-2Pa的真空石英管中，然后将真空石英管置于管式炉中缓慢加热到840-870℃并保温6-10h，再用20-25小时的时间均匀降温至550-650℃，随即冷水淬火，即得Bi2Se3单晶片；
b、制备钙钛矿氧化物前驱粉：将氧化镧和碳酸锶及乙酸锰按镧、锶、锰离子数量比为7:3:10的配比，溶解到硝酸溶液中，均匀混合后再加入摩尔比为1：1的柠檬酸和乙二醇组成的络合剂，再将溶液加热至40～50℃并快速搅拌至络合剂完全溶解，络合剂的加入质量为氧化镧质量的5％-10％；然后在箱式炉中200～300℃下保温4-8个小时，再缓慢加热至1000～1200℃保温4-10个小时并退火，即制得前驱粉La0.7Sr0.3MnO3；
c、偶联剂包裹：将(b)步制得的100份重的前驱粉La0.7Sr0.3MnO3与1份重的硅烷偶联剂混合并搅拌均匀；
d、粘接剂添加：将粘接剂加入c步包裹偶联剂后的前驱粉，混合均匀，并压制成片得La0.7Sr0.3MnO3基片，其中粘接剂质量占总质量的百分比为3-12％；所述的粘接剂为硅橡胶；
e、粘接复合：将d步所得的La0.7Sr0.3MnO3基片与a步制得的Bi2Se3单晶片贴合，并在1kg的压力下固化12-24小时，之后再用透明胶带对Bi2Se3单晶片进行机械剥离，重复机械剥离操作，直至不能再剥离为止，即得。
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|---|---|---|---|---|
| CN105112868B (zh) * | 2015-08-27 | 2018-05-18 | 西南交通大学 | 一种拓扑绝缘体/铁磁体异质结构薄膜的制备方法 |
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| CN108470782B (zh) * | 2018-03-09 | 2020-06-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种中红外透明导电p型氧化物薄膜材料 |
| CN114590784B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-09-01 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种硒化铋的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1757774A (zh) * | 2005-11-17 | 2006-04-12 | 钢铁研究总院 | 铋－碲基热电合金的制备方法 |
| CN101624291A (zh) * | 2009-07-22 | 2010-01-13 | 西南交通大学 | 一种非温度敏感性的锰氧化物磁电阻材料的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN1757774A (zh) * | 2005-11-17 | 2006-04-12 | 钢铁研究总院 | 铋－碲基热电合金的制备方法 |
| CN101624291A (zh) * | 2009-07-22 | 2010-01-13 | 西南交通大学 | 一种非温度敏感性的锰氧化物磁电阻材料的制备方法 |
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