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Abstract

本发明公开了一种铁磁掺杂材料的制备和应用，包括以下制备步骤：将SrCO3、RuO2、Co3O4粉末按制备SrRu1‑xCoxO3(x＝0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3)比例称量研磨，经过低温预烧，再研磨充分后高温煅烧，最后加入粘接剂研磨压片制得该材料，本发明的铁磁掺杂材料控制温度变化实现正负磁化率转变，用于磁存储器材料，具有存储速度快、非易失、寿命长、尺寸小、功耗彽、抗辐射等优势，也能实现金属‑绝缘相变，用于智能开关材料，避免高危行业手动控制开关的危险。

Description

一种铁磁掺杂材料的制备和应用
技术领域
本发明涉及磁存储、智能开关领域，具体来说，涉及一种钌酸锶(SrRuO3，简写SRO)掺钴材料及其制备方法和在磁存储、智能开关领域应用。
背景技术
钌酸锶(SRO)是一种具有三维、正交畸变钙钛矿结构的过渡金属氧化物，也是4d元素中唯一具有磁有序的氧化物。由于SRO具有良好的化学稳定性且与其它钙钛矿材料结构匹配而被广泛用于氧化物异质结的电极材料。作为磁性氧化物的SRO磁学性质随温度变化显著，在室温下表现为顺磁性，温度低于160K表现为铁磁性。钌酸锶(SRO)属于强关联电子体系，于存在电荷、自旋、轨道、晶格的相互关联，该体系具有复杂的基态和丰富的物理性能，因而受到物理、材料、器件等研究人员的广泛关注。钌酸锶(SRO)的电磁性能与晶体结构密切相关，其中Ruo6八面体的倾斜和旋转是晶体结构变化的主要方式，因此，常用其他半径不同的金属离子掺杂，改变晶体结构，实现材料电磁性能的调控，可应用于磁存储等自旋电子器件领域。此外，掺杂离子自身属性对材料性质也会有一定的影响。
存储技术是计算机体系中最重要的技术之一，与计算技术和传输技术共同构成了数字世界的基石。存储性能始终是计算机发展的瓶颈，在性能遥遥领先的计算和传输技术对高性能存储的迫切需求推动下，以钌酸锶等新型磁性材料作为存储介质的磁存储技术成为研究的热点。传统的随机存储技术在断电的情况下，原来存储的数据就会丢失，因为当前主流数字存储领域，一般通过二极管的单向导电性区别电流的有和无两种状态表示计算机能处理的机器代码的1和0。与传统存储技术相比，磁随机存储最大的特点就是具有非易失性，即便断电仍可以保留数据不丢失，此外，还具有存储速度快、寿命长、尺寸小、功耗彽、抗辐射等优势。现有技术磁性材料Cu0.3Mn0.77[Fe(CN)6]·zH2O化合物通过控制外加磁场的强度诱导正负磁化率切换，以此实现磁存储的“0”和“1”(详见参考文献Amit Kumar,S.M.Yusuf,Physics Reports 556(2015)1–34)。
金属绝缘相变(Metal–Insulator Transition，MIT)材料具有在外场激励条件下，材料电阻率、晶体结构发生变化的特性。在光开关、光存储等领域具有广泛的研究与应用。(见专利文献CN103178351A)
发明内容
本发明的目的是解决传统随机存储断电易失的问题，提供一种新型磁存储的钌酸锶掺钴材料；本发明同样通过控制温度变化，实现电路开关的闭合，避免高危行业手动控制开关的危险，用于制备智能开关。
技术方案具体如下：
一种钌酸锶掺钴材料的制备，包括以下步骤：
步骤1)将SrCO3、RuO2、Co3O4粉末按制备SrRu1-xCoxO3比例称量，其中x取值为：5％，10％，15％，20％，30％，需要注意的是，Ru在高温条件具有挥发性，在原有比例基础过量5％，将称量好的化合物放在玛瑙研钵中混合并研磨1小时至混合均匀；
步骤2)将混合均匀的样品放在低温炉中烧结，温度控制为：每分钟5度升温至1000度后保持24小时，然后每分钟6度降温至400度后，自然降温至室温；
步骤3)取出步骤2处理过的样品，放入玛瑙研钵中再次研磨40分钟；
步骤4)将再次研磨好的样品放入高温炉中烧结，温度控制为：每分钟5度升温至1200度后保持24小时，然后每分钟6度降温至400度后，自然降温至室温；
步骤5)将步骤4处理过的样品，放入玛瑙研钵中，加入粘接剂，粘接剂可以是聚乙烯醇PVA混合，继续研钵40分钟，然后将样品放入压片机中压成预置的圆片，重复步骤4)，得到钌酸锶掺钴材料。
制备所得材料的用途，可用于用于磁存储器；钌酸锶掺钴10％含量的材料用于智能开关。
有益效果
本发明一种铁磁掺杂材料，采用钴不同比例掺杂，控制温度变化实现正负磁化率转变和金属-绝缘相变，用于磁存储解决当前主流存储器断电易失的问题，用于智能开关，避免高危行业手动控制开关的危险。
附图说明
图1为XRD表征图；
图2为磁化强度-温度变化图；
图3为掺杂量x＝0.1不同外加磁场下磁化强度-温度变化图；
图4为电阻率-温度变化图。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本发明技术方案
本发明提供的钌酸锶掺杂材料为含有金属元素Sr、Ru、Co的氧化物，化学式表示为：SrRu1-xCoxO3，其中x＝0、5％、10％、15％、20％、30％。具体的，本发明提供的掺杂材料属于正交结构的铁磁体，其中，以Sr和Ru为主要元素，不同含量的Co作为掺杂元素存在于上述钌酸锶掺杂材料中，需要注意的是，钌酸锶电磁性能性能与微观晶体结构密切相关，Co的离子半径小于Ru离子，掺杂Co元素改了变钌酸锶的晶胞结构和晶格参数，掺杂含量的不同将导致材料整体呈现出不同的微观晶体结构和实际性能。同时Co也是不同于Ru的磁性金属，通常认为， Co元素作为反铁磁作用于Ru位置，减小晶格磁矩。
如图1所示，图为发明样品材料XRD表征，图中所有物质的相与标准PDF卡已进行比对，并未发现杂相，所制备的样品材料XRD表征为符合制备要求的。钌酸锶(SRO)掺杂一定含量Co时，室温XRD测试及拟合表明晶体结构保持正交结构(空间群pnma)，但是当掺杂含量为10％时，晶格参数a、b、c明显增大，体积V也随之变大，当含量继续增加后，晶格参数变化并不是很明显，如表1所示，表格晶格参数由GSAS软件拟合得到，随着钴的掺入，晶格参数也发生相应变化。
如图2所示为外加磁场500Oe不同掺杂浓度样品材料磁性测量零场冷却 (ZFC)和场冷却(FC)图，即磁化强度-温度关系，纯的钌酸锶(SRO)在温度为10K-300K的温度区间内，磁化强度ZFC和FC测量均为正值，Ru位置均匀掺杂含量为5％、10％、15％、20％、30％的钴(Co)时，磁化强度ZFC测量表明温度分别在103K、96K、79K、95K、130K以下出现负值，以上测量温度范围为10K-300K；如图3所示当掺杂含量为10％时，外加磁场分别为100Oe、2000Oe时磁性测量零场冷却(ZFC)和场冷却(FC)图，ZFC测量表明分别在150K、11K以下出现负值，以上测量温度范围为0K-300K。本发明的钌酸锶(SrRuO3)掺钴材料可以在可实现的温度范围内控制温度的变化范围诱导正负磁化率两种状态可以表示一个“高”组态和一个“彽”组态以实现二进制存储，相比于现有技术通过外加磁场控制正负磁化率切换，具有成本彽、降低磁性干扰的特点。对于一般磁性材料而言，负磁化率现象并不常见，本发明钌酸锶(SrRuO3)在掺杂钴的同时才发现负磁化率现象，负磁化率在磁存储上具有应用价值(具体可参考文献Amit Kumar, S.M.Yusuf,Physics Reports 556(2015)1–34)，普遍认为纯的钌酸锶(SrRuO3) 材料在以上温度范围内不具有负磁化率特性，而一般因钌酸锶(SrRuO3)化学性质稳定且与其他常用的钙钛矿材料匹配性良好和优良的导电性用于电极材料，本发明的酸锶(SrRuO3)掺钴材料在保证纯钌酸锶(SrRuO3)优良特性的同时可用作为设计和制造新型磁存储器的材料。
如图4所示为发明材料不同掺钴浓度输运特性测量，即电阻率-温度关系。本发明掺杂钴的含量为10％时候，输运特性测量发现在温度T＝67K附近出现金属 -绝缘相变，含量为0和5％时，表现为金属性，含量为15％、20％和30％时，表现为绝缘性，以上温度区间为10-300K。本发明掺杂钴10％含量材料，通过控制温度变化，在温度区间10-67K表现为绝缘特性，67-300K表现为金属特性，实现金属-绝缘相变，即电路开关的闭合和开启，用作设计和制备智能开关的材料，相比于现有技术通过外场激励，具有成本彽，易操作的特点。
本发明电阻率-外加磁场强度测量发现磁电阻效应，而纯的钌酸锶被认为基本不存在磁电阻效应，掺杂5％、10％、15％、20％最大的负磁电阻变化MR分别为 7.3％、14.2％、21.7％、31.2％，需要注意的是，该值在外加磁场强度为H＝3T和 H＝0Oe测量计算得到的。
本发明提供的钌酸锶掺杂材料中，通过XPS分析掺杂的Co出现Co2+和Co3+两种价态，而与其同位置的Ru也出现Ru4+和Ru5+两种价态，两种价态的钴离子半径均小于钌的两种价态的离子半径。FC分析表明居里温度降低，M-H测量表明饱和磁化强度减小。
表1：样品的晶格参数(a、b、c)和体积(V)

Claims (3)

1.一种钌酸锶掺钴材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将SrCO3、RuO2、Co3O4粉末按制备SrRu1-xCoxO3比例称量，其中x取值为：5％，10％，15％，20％，30％，需要注意的是，Ru在高温条件具有挥发性，在原有比例基础过量5％，将称量好的化合物放在玛瑙研钵中混合并研磨1小时至混合均匀；
步骤2)将混合均匀的样品放在低温炉中烧结，温度控制为：每分钟5度升温至1000度后保持24小时，然后每分钟6度降温至400度后，自然降温至室温；
步骤3)取出步骤2处理过的样品，放入玛瑙研钵中再次研磨40分钟；
步骤4)将再次研磨好的样品放入高温炉中烧结，温度控制为：每分钟5度升温至1200度后保持24小时，然后每分钟6度降温至400度后，自然降温至室温；
步骤5)将步骤4处理过的样品，放入玛瑙研钵中，加入粘接剂，粘接剂可以是聚乙烯醇PVA混合，继续研钵40分钟，然后将样品放入压片机中压成预置的圆片，重复步骤4)，得到钌酸锶掺钴材料。
2.如权利要求1所述的制备所得材料的用途，其特征在于，用于磁存储器。
3.如权利要求1所述的制备所得材料的用途，其特征在于，钌酸锶掺钴10％含量的材料用于智能开关。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109911950A (zh) * 2019-01-31 2019-06-21 南京邮电大学 一种掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253477A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Seiko Epson Corp 圧電素子およびその製造方法、合金膜、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、並びに、圧電ポンプ
CN103178351A (zh) * 2013-02-27 2013-06-26 华中科技大学 一种频率可调的太赫兹波超材料调制器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253477A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Seiko Epson Corp 圧電素子およびその製造方法、合金膜、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、並びに、圧電ポンプ
CN103178351A (zh) * 2013-02-27 2013-06-26 华中科技大学 一种频率可调的太赫兹波超材料调制器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAO QI等: "Magnetic and transport properties of Ba and Co co-doped SrRuO3", 《AIP ADVANCES》 *
赵光明: "《第七届中国功能材料及其应用学 会议论文集 2》", 31 October 2010 *
顾少轩: "《材料的化学合成 制备与表征》", 31 March 2016 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109911950A (zh) * 2019-01-31 2019-06-21 南京邮电大学 一种掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用

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