CN112863802A - 具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 - Google Patents
具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112863802A CN112863802A CN202110063520.7A CN202110063520A CN112863802A CN 112863802 A CN112863802 A CN 112863802A CN 202110063520 A CN202110063520 A CN 202110063520A CN 112863802 A CN112863802 A CN 112863802A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- semiconductor material
- magnetic semiconductor
- diluted magnetic
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 38
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 27
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 27
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000005323 ferromagnetic ordering Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 3
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 229910007912 Li-Cd Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013475 LiCd Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008299 Li—Cd Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/40—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4
- H01F1/401—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 diluted
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B28/02—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure directly from the solid state
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有高居里温度的Ⅰ‑Ⅱ‑Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料是以LiCdAs为本征体，在Cd离子位等价掺杂Mn的多晶材料；是一种可通过电荷与自旋分离调控的新型稀磁半导体。该材料除了居里温度可达318K外，还具有优异的磁电性质，表现出明显的铁磁有序性。本发明的半导体材料制备方法简单，通过在Cd离子位等价掺杂Mn离子克服了化学固溶度的问题；通过Li离子化学计量数的调节可成功调控载流子浓度。当掺杂浓度为6％时，饱和磁矩达3.69μB/Mn，自发磁矩达0.32μB/Mn。材料具有20～40Oe的小矫顽力，且导电性能随掺杂浓度的升高而减弱，电阻率在掺杂浓度为15％时接近30Ω·cm。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀磁半导体材料，具体涉及一种具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法。
背景技术
稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductor,DMS)又可称为半磁半导体(Semimagnetic Semiconductor,SMS)，由于其相对于普通的磁性材料而言，DMS中的磁性元素相对较少，因此被称为稀磁半导体，并且由于在非磁性半导体中引入了微量磁性原子，改变了原有半导体中的某些微观机制，包括能带结构和载流子的行为等，使得新型的DMS在电、光、磁学方面具有优异而独特的性质。与传统DMS不同，新型Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基DMS不仅能够实现电荷与自旋的分离注入，还在制备块体材料、构造异质结、增加磁性离子固溶度和提高居里温度(Curie Temperature,Tc)等方面有极大的改善和发展。因此，Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基新型DMS材料具有重要的研究意义和广阔的应用前景。目前，无论是二代、三代DMS或者Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型DMS，都存在Tc低于室温的缺陷。在2005年，SCIENCE杂志曾提出125个“挑战人类认知极限”的重要科学问题，其中，“能否实现室温磁性半导体”这一科学问题在物质科学中居于前列。且迄今为止，在Ⅱ-Ⅵ族DMS和Ⅲ-Ⅴ族DMS材料中，仅有ZnO和CaN两类材料出现了室温铁磁现象，但其磁性的起源和机理极具争议。因此，提高DMS材料或者发现更多Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族新型DMS材料的Tc使其达到甚至高于室温，进一步理解磁性的起源及机理，从而调控室温铁磁性一直是研究者们努力的方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法，是一种可通过电荷与自旋分离调控的新型稀磁半导体，该材料除了居里温度可达318K外，还具有优异的磁电性质，表现出明显的铁磁有序性。
本发明的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料是以LiCdAs为本征体，在Cd离子位等价掺杂Mn的多晶材料；
进一步，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，其中x＝0～0.15；
进一步，所述Li1.04(Cd1-x,Mnx)As中x为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10或0.15；
进一步，所述稀磁半导体材料为立方晶体结构；
进一步，所述稀磁半导体材料的空间群为F-43m。
本发明公开一种具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，将Li、Cd、As和Mn的单质混合物进行高温烧结处理；
进一步，具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，包括以下步骤：
a.根据化学式Li1.04(Cd1-x,Mnx)As的化学计量比将纯度大于等于99.99％的Li薄片、Cd粉，As粉，Mn粉在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合；
b..将单质混合物进行密封抽真空处理；
c.将封存的单质混合物置于高温加热炉中，先升温至180-230℃并恒温23-25h，然后升温至500-600℃并恒温58-62h，然后升温至650-700℃并恒温55-70h，最后降温至180-230℃后自然冷却至室温；
进一步，步骤b中，将单质混合物置于石英试管中用封管机抽10-4Tour的高真空后密封封存；
进一步，步骤c中，升温速率和降温速率均为0.3-0.7℃/min；
进一步，先以0.5℃/min的升温速率升温至200℃并恒温24h，然后以相同的升温速率升温至540℃并恒温60h，然后再以相同的升温速率升温至680℃并恒温55-70h，最后以0.5℃/min的降温速率降温至200℃后自然冷却至室温。
本发明的有益效果是：本发明公开的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法，是一种可通过电荷与自旋分离调控的新型稀磁半导体，该材料除了居里温度可达318K外，还具有优异的磁电性质，表现出明显的铁磁有序性。本发明的半导体材料制备方法简单，通过在Cd离子位等价掺杂Mn离子克服了化学固溶度的问题；通过Li离子化学计量数的调节可成功调控载流子浓度.当掺杂浓度为6％时，饱和磁矩达3.69μB/Mn，自发磁矩达0.32μB/Mn。具有20～40Oe的小矫顽力，且导电性能随掺杂浓度的升高而减弱，电阻率在掺杂浓度为15％时接近30Ω·cm，由于其同时具有磁性材料和半导体的性质，即可同时操纵电子的自旋和电荷两种自由度，且在室温下具有铁磁性，在通讯、存储、计算等多个领域将有极大的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是实施例一制得的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶材料的X射线衍射图；
图2是实施例一制得的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶材料退火后的X射线衍射图；
图3是实施例一制得的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶材料的M-T图；
图4是实施例一制得的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶材料的M-H图；
图5是实施例一制得的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶材料的ρ-T图；
图6为制备多晶材料的样品及压片后样品。
具体实施方式
实施例一
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.02。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；c.将密封后的石英试管放置于高温管式炉内，在常压下，管式炉以0.5℃/min速度先升温至200℃并恒温24h，石英管中形成Li-Cd合金，然后以0.5℃/min的速度升温至540℃并恒温60h，然后再以0.5℃/min的速度升温至680℃并恒温65h，促进结晶，最后以0.5℃/min的速度降温至200℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
实施例二
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.04。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；
c.将密封后的石英试管放置于高温管式炉内，在常压下，管式炉以0.3℃/min速度先升温至180℃并恒温23h，然后以0.3℃/min的速度升温至500℃并恒温58h，然后再以0.3℃/min的速度升温至650℃并恒温55h，最后以0.3℃/min的速度降温至180℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
实施例三
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.06。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；
c.将密封后的石英试管放置于高温管式炉内，在常压下，管式炉以0.7℃/min速度先升温至230℃并恒温25h，然后以0.7℃/min的速度升温至600℃并恒温62h，然后再以0.7℃/min的速度升温至700℃并恒温70h，最后以0.7℃/min的速度降温至230℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
实施例四
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.08。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；
c.将密封后的石英试管放置于高温管式炉内，在常压下，管式炉以0.3℃/min速度先升温至180℃并恒温25h，然后以0.3℃/min的速度升温至600℃并恒温58h，然后再以0.7℃/min的速度升温至650℃并恒温70h，最后以0.3℃/min的速度降温至180℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
实施例五
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.10。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％以上的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；
c.将密封后的石英试管放置于高温管式炉内，在常压下，管式炉以0.7℃/min速度先升温至230℃并恒温23h，然后以0.7℃/min的速度升温至500℃并恒温62h，然后再以0.3℃/min的速度升温至700℃并恒温55h，最后以0.7℃/min的速度降温至230℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
实施例六
本实施例的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，x＝0.15。其制备方法包括以下步骤：
a.将纯度大于等于99.99％的Li块、Cd粉、As粉、Mn粉四种元素单质的混合物在水、氧浓度＜0.01ppm的真空度下混合在石英试管中,其中元素配比为Li：Cd：As：Mn＝1.04：1-x：1：x。为了使各种元素均匀混合，可以在手套箱里将Li块切成小薄片，再将四种元素单质按配比量放入石英试管中，以使得各元素充分的均匀混合；
b.将装有混合材料的石英试管用封管机抽到10-4Tour的高真空后，密封封装。这样可以避免单质样品在未结晶前被氧化，导致烧结出来的多晶样品不纯；
c.将密封后的石英试管放置于高温管事炉内，在常压下，管式炉以0.6℃/min速度先升温至210℃并恒温25h，然后以0.6℃/min的速度升温至550℃并恒温60h，然后再以0.6℃/min的速度升温至680℃并恒温68h，最后以0.6℃/min的速度降温至210℃后自然冷却至室温；制得Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体多晶材料。
试验例：将实施例一制得的多晶样品在研钵里充分研磨成粉末，取10-50mg多晶样品做VSM磁性测量和XRD结构表征。将剩下的粉末取合适量利用压片机进行压片，放入石英试管中，再次抽高真空和密封封装，放入管式炉中进行退火处理。
退火方案：在4h内从室温升至200℃，4h内再升至400℃，保温8h,4h内升至600℃，保温16h，在4h内降到200℃，自然降温到室温。得到退火后Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体块体材料。将所得样品取出，在砂纸上磨去表面的银白色析出晶种，直至表明光滑。
用VSM仪器进行电性测量及XRD结构表征测量，结果如下：
图1为得到的Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶样品材料的XRD粉末状结构表征图，利用Jade软件分析后，LiCdAs本征体及各掺杂样品峰位与标准卡片均对应，表明LiCdAs及其不同掺杂浓度的多晶材料制备成功，并且由220峰位可看出，随着Mn掺杂量的增加，峰位往右出现明显偏移，表明Mn成功掺杂。
图2为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As多晶样品压片退火后的XRD块状结构表征图，LiCdAs本征体及各掺杂样品峰位与标准卡片均对应，表明退火后的样品结构未发生改变，仍为目标样品，且220峰位发生劈裂，随着掺杂浓度的升高，左劈裂峰逐渐减小，右劈裂峰逐渐增大，表明Mn成功固溶。
图3为LiCdAs本征体及各掺杂量下的M-T图。该测量是将研磨后的多晶粉末样品取10-50mg放入磁性测量胶囊中，将样品置于VSM中，测量磁场为300Oe，测量出场冷和零场冷两条M-T曲线，温度范围为50～390K。在320K左右时，可以观察到铁磁相变。在较低的温度下可以观察到两个磁化曲线的分裂，表明发生了铁磁有序。磁化突然增强的温度被定义为居里温度(Tc)。在所有掺杂水平下的Tc都在318K左右。且掺杂浓度为6％时，自发磁矩为0.32μB/Mn。
图4为LiCdAs本征体及各掺杂量下的M-H图。测量温度为50K，所有样品表现出明显的磁滞回归现象，且具有小的矫顽力20-40Oe左右，小矫顽力有利于自旋操作的应用。且同样在掺杂浓度为6％时，饱和磁矩达3.69μB/Mn。
图5为LiCdAs本征体及各掺杂量下的ρ-T图。该测量需将退火后的块体材料置于砂纸上磨，待磨去表面银白色析出晶种及杂质至表面光滑后，用四线测电阻法放置样品，置于VSM中，用ETO模块进行测量。温度范围为50～350K，整个温度范围内，LiCdAs本征体及各掺杂量样品的电阻率均随着温度的升高而降低，呈现出明显的半导体性质。且随着掺杂浓度的增加，电阻率也增加，接近30Ω·cm。
图6左为利用高温固相法得到的多晶材料，右为压片后进行退火得到的块体材料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，其特征在于：所述稀磁半导体材料是以LiCdAs为本征体，在Cd离子位等价掺杂Mn的多晶材料。
2.根据权利要求1所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，其特征在于：所述稀磁半导体材料的化学式为Li1.04(Cd1-x,Mnx)As，其中x＝0～0.15。
3.根据权利要求2所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，其特征在于：所述Li1.04(Cd1-x,Mnx)As中x为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10或0.15。
4.根据权利要求3所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，其特征在于：所述稀磁半导体材料为立方晶体结构。
5.根据权利要求4所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料，其特征在于：所述稀磁半导体材料的空间群为F-43m。
6.一种具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于：将Li、Cd、As和Mn的单质混合物进行高温烧结处理。
7.根据权利要求6所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.根据化学式Li1.04(Cd1-x,Mnx)As的化学计量比将纯度大于等于99.99％的Li薄片、Cd粉、As粉和Mn粉在水、氧浓度<0.01ppm的真空度下混合；
b.将单质混合物进行密封抽真空处理；
c.将封存的单质混合物置于高温加热炉中，先升温至180-230℃并恒温23-25h，然后升温至500-600℃并恒温58-62h，然后升温至650-700℃并恒温55-70h，最后降温至180-230℃后自然冷却至室温。
8.根据权利要求7所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，将单质混合物置于石英试管中用封管机抽10-4Tour的高真空后密封封存。
9.根据权利要求7所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于：步骤c中，升温速率和降温速率均为0.3-0.7℃/min。
10.根据权利要求9所述的具有高居里温度的Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于：先以0.5℃/min的升温速率升温至200℃并恒温24h，然后以相同的升温速率升温至540℃并恒温60h，然后再以相同的升温速率升温至680℃并恒温55-70h，最后以0.5℃/min的降温速率降温至200℃后自然冷却至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110063520.7A CN112863802A (zh) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | 具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110063520.7A CN112863802A (zh) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | 具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112863802A true CN112863802A (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=76006649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110063520.7A Pending CN112863802A (zh) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | 具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112863802A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101127303A (zh) * | 2007-09-13 | 2008-02-20 | 北京大学 | 一种制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法 |
-
2021
- 2021-01-18 CN CN202110063520.7A patent/CN112863802A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101127303A (zh) * | 2007-09-13 | 2008-02-20 | 北京大学 | 一种制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杜成旭: "Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族稀磁半导体的磁电性质研究", 《中国优秀搏硕士学位论文全文数据库》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Trukhanov | Magnetic and magnetotransport properties of La 1− x Ba x MnO 3− x/2 perovskite manganites | |
| Goodenough et al. | Some magnetic and crystallographic properties of the system Li+ xNi++ 1− 2xNi+++ xO | |
| Dass et al. | Multiple magnetic phases of La 2 CoMnO 6− δ (0<~ δ<~ 0. 0 5) | |
| Trukhanov et al. | Magnetic properties of anion-deficient La 1− x Ba x MnO 3− x/2 (0≤ x≤ 0.30) manganites | |
| Ganguly et al. | On the origin of itinerant electron behaviour and long-range ferromagnetic order in La1-xSrxCoO3 | |
| CN106904956B (zh) | 一种高介高磁的镍掺杂钡铁氧体陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN101183595B (zh) | p型掺杂ZnO基稀磁半导体材料及制备方法 | |
| MacChesney et al. | Electrical and magnetic properties of the system SrFeO3–BiFeO3 | |
| CN103911660B (zh) | 一种稀磁半导体材料及其制备方法 | |
| CN113185267B (zh) | 一种钴掺杂钙钛矿陶瓷及其制备方法 | |
| CN112095149B (zh) | 一种高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体及其制备方法和应用 | |
| CN112863802A (zh) | 具有高居里温度的ⅰ-ⅱ-ⅴ族稀磁半导体材料及其制备方法 | |
| EP1868215B1 (en) | Magnetic semiconductor material | |
| CN105523527B (zh) | 一种黄铜矿结构的稀磁半导体材料及其制备方法 | |
| RU2256618C1 (ru) | Способ получения ферромагнитного железомарганцевого сульфида с гигантским магнитосопротивлением | |
| Nossov et al. | The effect of annealing on the magnetoresistance of polycrystalline (La-Y-Ca) perovskites | |
| Jia et al. | Emergence of 1/3 magnetization plateau and successive magnetic transitions in Zintl phase Eu 3 InAs 3 | |
| KR100483318B1 (ko) | 상온 강자성 반도체 단결정 및 그 제조방법 | |
| CN101471244A (zh) | 一种制备稀磁半导体薄膜的方法 | |
| CN108505109B (zh) | 一种铁磁半导体材料的单晶生长方法 | |
| CN110581217A (zh) | 在单晶硅基片上外延生长制备双层钙钛矿锰氧化物薄膜的方法 | |
| CN105097173B (zh) | 一种铁磁半导体材料(Sr,Na)(Zn,Mn)2As2及其制备方法 | |
| CN102956814B (zh) | 一种镧锶铜锰硫氧稀磁半导体材料及其制备方法 | |
| CN107204225B (zh) | 氟基铁磁半导体材料及其制备方法 | |
| CN112708861B (zh) | 一种具有室温铁磁性的ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210528 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |