KR102057965B1 - Layered ferromagnetic metal, layered ferromagnetic semiconductor material and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 층상형 알칼리금속망간안티몬, 층상형 망간안티몬과 이들을 박리하여 제조되는 알칼리금속망간안티몬 나노시트, 망간안티몬 나노시트 그리고 이들 화합물의 제조방법에 관한 것이다.
상기 화합물들은 열전 특성을 가져 Bi2Te3계 재료와 PbTe계 재료를 대신하여 열전 소재로 활용될 수 있으며, 아울러 강자성 특성으로 인해 자성 소재로서 활용이 가능하다.
본 발명에 의하면, 망간안티몬 3차원 구조에 알칼리금속 이온의 삽입 및 제거를 통해 층상형 알칼리금속망간안티몬 및 층상형 망간안티몬을 제조하고, 이들 층상형 화합물을 박리하여 알칼리금속망간안티몬 나노시트 및 망간안티몬 나노시트를 제조할 수 있다.The present invention relates to a layered alkali metal manganese antimony, a layered manganese antimony and an alkali metal manganese antimony nanosheet prepared by peeling them, manganese antimony nanosheet and a method for producing these compounds.
The compounds may be used as a thermoelectric material in place of Bi 2 Te 3 material and PbTe material having thermoelectric properties, and also may be used as a magnetic material due to ferromagnetic properties.
According to the present invention, a layered alkali metal manganese antimony and a layered manganese antimony are prepared by inserting and removing alkali metal ions into a manganese antimony three-dimensional structure, and the layered compounds are separated to give an alkali metal manganese antimony nanosheet and manganese. Antimony nanosheets can be prepared.
Description
본 발명은 층상형 알칼리금속망간안티몬, 층상형 망간안티몬과 이들을 박리하여 제조되는 알칼리금속망간안티몬 나노시트, 망간안티몬 나노시트 그리고 이들 화합물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a layered alkali metal manganese antimony, a layered manganese antimony and an alkali metal manganese antimony nanosheet prepared by peeling them, manganese antimony nanosheet and a method for producing these compounds.
본 발명에 의하면, 망간안티몬 3차원 구조에 알칼리금속 이온의 삽입 및 제거를 통해 층상형 알칼리금속망간안티몬 및 층상형 망간안티몬을 제조하고, 이들 층상형 화합물을 박리하여 알칼리금속망간안티몬 나노시트 및 망간안티몬 나노시트를 제조할 수 있다.According to the present invention, a layered alkali metal manganese antimony and a layered manganese antimony are prepared by inserting and removing alkali metal ions into a manganese antimony three-dimensional structure, and the layered compounds are separated to give an alkali metal manganese antimony nanosheet and manganese. Antimony nanosheets can be prepared.
현재의 반도체 소자는 전자의 전하만을 제어하고 있는데, 전하와 스핀을 동시에 제어할 수 있게 되면 다양하고 새로운 소자를 만들 수 있다. 전하와 스핀 자유도의 결합은 신기능성 전자 소자의 출현을 가능하게 할 것이며, 이미 제안된 소자 특성과 더불어 새로운 현상들이 많이 발견될 것으로 예상된다. Current semiconductor devices only control the charge of electrons, and if the charge and spin can be controlled simultaneously, various new devices can be made. The combination of charge and spin degrees of freedom will enable the emergence of new functional electronic devices, and many new phenomena are expected to be found, along with the device characteristics already proposed.
반도체에 스핀 분극된 전류를 주입함으로써, 운반자(carrier)들의 스핀 상태를 조절 가능하게 할 수 있고, spin-LED, spinFET, spin-transistor, spin-RTD 등을 제작할 수 있으며, quantum computing을 위해 요구되는 양자 bit 조작에 스핀을 사용하여 구현할 수 있는 가능성이 열리게 된다. By injecting spin-polarized current into the semiconductor, it is possible to control the spin state of carriers, fabricate spin-LEDs, spinFETs, spin-transistors, spin-RTDs, etc. The possibility of implementing spin using quantum bit manipulation opens up.
금속 강자성체를 이용한 스핀 주입 시 금속/반도체 계면에서 전도성 차이, spin-flip 산란, 계면에서의 반자성으로의 천이 등으로 스핀 분극을 쉽게 잃어버리는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위한 하나의 방법이 자성반도체를 이용하는 것이다. 이에 큐리 온도가 상온 이상이면서 산업화가 용이한 강자성 반도체 개발에 대한 연구가 상당한 관심을 받고 있다.When spin injection using a metal ferromagnetic material, spin polarization is easily lost due to a difference in conductivity at the metal / semiconductor interface, spin-flip scattering, and transition to diamagnetic at the interface. One way to solve this problem is to use magnetic semiconductors. Therefore, research on the development of ferromagnetic semiconductors with easy Curie temperatures above room temperature and easy industrialization has received considerable attention.
안티몬화 망간 (manganese antimonide)은 상온에서 강자성을 가지는 물질로, 저렴하고 독성이 없으며, 풍부하기 때문에 상온 자성 물질로 널리 사용 가능 할 수 있어 상당한 관심을 받고 있다. Manganese antimonide (manganese antimonide) is a ferromagnetic material at room temperature, because it is inexpensive, non-toxic, and abundant because it can be widely used as a room temperature magnetic material has received considerable attention.
하지만 기존 3차원 구조 MnSb는 금속의 특성을 가지므로, 반도체 소자의 spin을 제어하기에는 적절치 못하다. 하지만, 본 발명자가 발명한 층상형 MnSb의 경우 반도체 특성을 가진 상온 강자성체(Ferromagnetic)로 반도체 소자에 spin 주입 제어에 용이한 물성을 가진다. However, the existing three-dimensional structure MnSb has a metal characteristic, it is not suitable to control the spin of the semiconductor device. However, in the case of the layered MnSb invented by the inventors, it is a room temperature ferromagnetic material having semiconductor characteristics, and has easy physical properties for spin injection control in a semiconductor device.
또한, 기존 널리 알려진 상온 자성 반도체의 경우, 층상형 물질이 아닌 3차원 물질로 저차원 소자공정에 있어 어려움이 있는 반면, 층상형 MnSb의 경우 화학적, 기계적 박리 등을 통하여 손쉽게 저 차원 소재 확보 및 저차원 소자공정을 손쉽게 할 수 있다. 본 발명자가 발명한 층상형 MnSb 구조 및 박리된 MnSb 나노시트는 상온 강자성 반도체 응용 및 박막형 spin 반도체 분야에 있어 유망한 후보가 될 것으로 기대된다.In addition, the conventionally known room temperature magnetic semiconductor has difficulty in low-dimensional device processing with a three-dimensional material rather than a layered material, while in the case of a layered MnSb, low-dimensional materials are easily secured through chemical and mechanical peeling. Dimensional device process can be done easily. The layered MnSb structure and exfoliated MnSb nanosheets invented by the present inventors are expected to be promising candidates in room temperature ferromagnetic semiconductor applications and thin film spin semiconductor fields.
본 발명의 발명자들은 flux method를 통한 알칼리금속 삽입(intercalation, insertion)된 층상형 KMnSb, NaMnSb, LiMnSb의 고품질 대량의 단결정 성장과, 알칼리금속이온 제거(deintercalation, etch)를 통한 층상형 사각대칭 구조의 MnSb 층상 구조 제작하고, X선 회절분석기(XRD), 주사 전자현미경(SEM)을 통해 이러한 구조를 확인하였다. 또한, 본 발명자들이 제작한 2차원 MnSb 구조는 기존의 박리 방법에 의해 손쉽게 나노시트화가 가능할 것으로 예측된다. The inventors of the present invention provide a high quality bulk single crystal growth of layered KMnSb, NaMnSb, LiMnSb with alkali metal intercalation and insertion through flux method, and a layered rectangular symmetric structure through alkali metal ion deintercalation (etch). MnSb layered structures were fabricated and confirmed by X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscope (SEM). In addition, it is expected that the two-dimensional MnSb structure produced by the present inventors may be easily nanosheeted by a conventional peeling method.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존 3차원 물질인 MnSb를 층상구조로 제조하고, 제조된 층상형 MnSb를 박리하여 MnSb 나노시트를 형성할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a MnSb nanosheet by producing a layered MnSb, a conventional three-dimensional material in a layered structure, by peeling the prepared layered MnSb.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위와 같은 방법을 통해 우수한 열전 특성 및 강자성 특성을 갖는 층상형 MnSb 및 MnSb 나노시트를 제공하는 데 있다.In addition, the problem to be solved by the present invention is to provide a layered MnSb and MnSb nanosheets having excellent thermoelectric properties and ferromagnetic properties through the above method.
아울러, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 층상형 AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)와 이의 박리를 통한 AMnSb 나노시트, 그리고 이들의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, the problem to be solved by the present invention is to provide a layered AMnSb (where A is an alkali metal of any one of K, Na, Li) and AMnSb nanosheets through the peeling thereof, and a method of manufacturing the same. .
본 발명은, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 층상형 화합물, 화학식 1 또는 2로 표시되는 나노시트를 제공한다.The present invention provides a layered compound represented by the following formula (1) or (2), and a nanosheet represented by the formula (1) or (2).
<화학식 1><
AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)AMnSb, where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li
<화학식 2><
MnSb MnSb
상기 화합물들은 도 3, 도 10, 도 17과 같은 층상 구조를 갖는다. 상기 화합물 MnSb는 기존 3차원 결정 MnSb (p63/mmc)와는 다른 2차원 MnSb(P4/nmms)의 층상형 구조를 갖는다.The compounds have a layered structure as shown in FIGS. 3, 10, and 17. The compound MnSb has a layered structure of two-dimensional MnSb (P4 / nmms) different from the existing three-dimensional crystal MnSb (p63 / mmc).
상기 화합물은 ferromagnetism을 갖는다.The compound has ferromagnetism.
상기 화합물은 자기 이방성을 갖는다.The compound has magnetic anisotropy.
상기 화합물은 자기장과 평행한 방향의 easy axis를 갖는다.The compound has an easy axis in a direction parallel to the magnetic field.
상기 화학식 1의 층상형 화합물들 중 KMnSb는 반도체 특성을, NaMnSb는 금속 특성을, LiMnSb는 반도체 특성을 갖는다.Among the layered compounds of Formula 1, KMnSb has semiconductor properties, NaMnSb has metal properties, and LiMnSb has semiconductor properties.
상기 화학식 2의 MnSb 중 층상형 KMnSb로부터 K를 제거하여 제조된 MnSb는 반도체 특성을, NaMnSb로부터 Na를 제거하여 제조된 MnSb는 반도체 특성을, LiMnSb로부터 Li을 제거하여 제조된 MnSb는 금속 특성을 갖는다.MnSb prepared by removing K from layered KMnSb in MnSb of
본 발명은 또한, The present invention also provides
(a) A, Mn, Sb을 포함하는 합성 원료를 반응 용기에 삽입하는 단계(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임);(a) inserting a synthetic raw material comprising A, Mn, Sb into a reaction vessel, where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li;
(b) 상기 반응 용기에 삽입된 합성 원료를 용융-냉각을 통해 결정화 하는 단계; 를 포함하는 층상형 AMnSb(알칼리금속망간안티몬. 여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나임)를 합성하는 방법을 제공한다.(b) crystallizing the synthetic raw material inserted into the reaction vessel through melt-cooling; It provides a method for synthesizing a layered AMnSb (alkali metal manganese antimony, wherein A is any one of K, Na, Li) comprising a.
상기 고온 용융하는 단계는 650~800℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.The hot melting step is preferably performed at a temperature of 650 ~ 800 ℃.
상기 냉각 단계는 상기 혼합물을 급냉 또는 서냉을 통해 이루어질 수 있다.The cooling step may be achieved by quenching or slow cooling the mixture.
상기 서냉은 300-500℃의 온도까지 시간당 0.5-3℃의 속도로 냉각함으로써 결정을 성장시켜 단결정을 형성하는 단계이며, 상기 급냉은 상기 서냉의 속도보다 급속도로 냉각하여 다결정을 형성하는 단계이다.The slow cooling is a step of growing a crystal by cooling at a rate of 0.5-3 ° C. to a temperature of 300-500 ° C. to form a single crystal, and the quenching is a step of rapidly cooling the slow cooling to form a polycrystal.
본 발명은 또한,The present invention also provides
(c) 상기 본 발명에 따른 층상형 AMnSb를 합성하는 방법에 따라 층상형 AMnSb을 합성하는 단계;(c) synthesizing the layered AMnSb according to the method for synthesizing the layered AMnSb according to the present invention;
(d)상기 층상형 AMnSb에서 K, Na 또는 Li을 제거하는 단계를 포함하는 층상형 MnSb의 합성 방법을 제공한다.(d) providing a method of synthesizing a layered MnSb comprising the step of removing K, Na or Li from the layered AMnSb.
상기 층상형 AMnSb에서 A 이온을 제거하는 단계는, 유기용매, 물 또는 이들의 혼합물을 이용하여 결정 내의 A 이온을 제거할 수 있다.Removing A ions from the layered AMnSb may remove A ions in the crystal using an organic solvent, water, or a mixture thereof.
상기 유기용매는 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The organic solvent may be a cyclic carbonate solvent, a chain carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a nitrile solvent, an amide solvent, or a mixture thereof.
본 발명은,The present invention,
(e) 상기 본 발명의 층상형 MnSb의 합성 방법에 따라 층상형 MnSb를 합성하는 단계;(e) synthesizing the layered MnSb according to the method for synthesizing the layered MnSb of the present invention;
(f) 상기 층상형 MnSb를 박리하는 단계를 포함하는 MnSb 나노시트 제조방법을 제공한다.(f) provides a method of manufacturing MnSb nanosheets comprising the step of peeling the layered MnSb.
상기 층상형 MnSb를 박리하는 단계는, Peeling the layered MnSb,
초음파에 의한 에너지로 박리, 용매의 침입에 의한 박리, 용매와 K가 형성하는 염 및 반응 기체에 의한 박리, Tape를 이용한 박리 및 접착성 표면을 가진 물질을 이용한 박리로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 공정을 이용하여 이루어질 수 있다.1 or 2 selected from the group consisting of peeling by energy of ultrasonic waves, peeling by invasion of solvent, peeling by salts and reactants formed by solvent and K, peeling by tape, and peeling by a material having an adhesive surface. It can be done using two or more processes.
본 발명은,The present invention,
(g) 상기 층상형 AMnSb의 합성 방법에 따라 층상형 AMnSb를 합성하는 단계;(g) synthesizing the layered AMnSb according to the method for synthesizing the layered AMnSb;
(h) 상기 층상형 AMnSb를 박리하는 단계를 포함하는 AMnSb 나노시트 제조방법을 제공한다.(h) it provides a method for producing AMnSb nanosheets comprising the step of peeling the layered AMnSb.
상기 층상형 AMnSb를 박리하는 단계는, Peeling the layered AMnSb,
초음파에 의한 에너지로 박리, 용매의 침입에 의한 박리, 용매와 K가 형성하는 염 및 반응 기체에 의한 박리, Tape를 이용한 박리 및 접착성 표면을 가진 물질을 이용한 박리로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 공정을 이용하여 이루어질 수 있다.1 or 2 selected from the group consisting of peeling by energy of ultrasonic waves, peeling by invasion of solvent, peeling by salts and reactants formed by solvent and K, peeling by tape, and peeling by a material having an adhesive surface. It can be done using two or more processes.
본 발명은 또한,The present invention also provides
하기 화학식 3 또는 화학식 4로 표시되는 나노시트를 제공한다.It provides a nanosheet represented by the following formula (3) or (4).
<화학식 3><Formula 3>
AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)AMnSb, where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li
<화학식 4><
MnSb MnSb
본 발명의 층상형 AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임), 층상형 MnSb와 AMnSb 나노시트, MnSb 나노시트는 우수한 열전 특성을 가져 Bi2Te3계 재료와 PbTe계 재료를 대신하여 열전 소재로 활용될 수 있으며, 아울러 강자성 특성으로 인해 자성반도체로서의 응용이 기대된다.The layered AMnSb of the present invention (where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li), the layered MnSb and AMnSb nanosheets, and the MnSb nanosheets have excellent thermoelectric properties such that Bi 2 Te 3 material and PbTe It can be used as a thermoelectric material instead of the system material, and due to the ferromagnetic properties, it is expected to be applied as a magnetic semiconductor.
도 1은 층상형 KMnSb 합성공정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 층상형 MnSb의 SEM 사진이다.
도 3은 3차원 MnSb, KMnSb, 층상형 MnSb의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 K 이온의 제거 및 박리에 대한 모식도이다.
도 5는 합성된 단결정 KMnSb의 X선 회절분석(좌)과 기존 3차원 MnSb, 층상형 KMnSb, 층상형 MnSb의 회절분석 결과(우)이다. 층상형 MnSb의 경우 기 보고된 3차원 MnSb와는 다른 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다
도 6은 기존 MnSb와 실시예 2에 따라 제조된 MnSb의 electrical transport를 나타낸 그래프로, 이를 통해 실시예 2에 따라 제조된 사각 대칭 층상형 MnSb는 기존 3차원 MnSb와는 다른 반도체 특징을 가짐을 알 수 있다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 MnSb의 MvsT(좌) 및 MvsH(우 2K, 300K) curve를 나타낸 그래프로, 이를 통해 본 연구진이 제작한 사각 대칭 층상형 MnSb는 강자성 특성을 가짐을 알 수 있다.
도 8은 층상형 NaMnSb 합성공정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 5에 따라 제조된 층상형 MnSb의 SEM(좌), TEM(우), STEM 분석 사진이다. 이를 통해 Na가 제거된 MnSb는 층상형 구조로, C축과 수직인 방항으로 갈라지는 것을 확인할 수 있고, 박리된 MnSb의 경우 사각대칭을 보이는 것을 확인 할 수 있다.
도 10은 3차원 MnSb, NaMnSb, 층상형 MnSb의 구조이다.
도 11는 Na의 제거 및 박리에 대한 모식도이다.
도 12는 실시예 5에 따라 합성된 단결정 NaMnSb의 X선 회절분석(좌), 기존 3차원 MnSb, 층상형 NaMnSb, 층상형 MnSb의 회절분석 결과이다. 층상형 MnSb의 경우 기 보고된 3차원 MnSb와는 다른 구조를 가지는 것을 확인 할 수 있다.
도 13은 기존 MnSb와 실시예 5에 따라 제조된 MnSb의 electrical transport를 나타낸 그래프로, 실시예 5에 따라 제조된 사각대칭 층상형 MnSb는 기존 3차원 MnSb(p63mmc)와는 다른 반도체 특징을 가짐을 알 수 있다..
도 14 실시예 5에 따라 제조된 MnSb의 MvsT(좌) 및 MvsH(우 2K, 300K) curve를 나타낸 그래프로, 실싱예 5에 따라 제조된 사각대칭 층상형 MnSb는 강자성을 특성으로 함을 알 수 있다.
도 15은 층상형 LiMnSb 합성공정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 16는 실시예 8에 따라 제조된 층상형 MnSb의 SEM(좌), TEM(우), STEM 분석 사진이다. 이를 통해 Li 제거된 MnSb는 층상형 구조로, C축과 수직인 방항으로 갈라지는 것을 확인할 수 있고, 박리된 MnSb의 경우 사각대칭을 보이는 것을 확인 할 수 있다.
도 17은 3차원 MnSb, LiMnSb, 층상형 MnSb의 구조이다.
도 18은 Li의 제거 및 박리에 대한 모식도이다.
도 19는 실시예 8에 따라 합성된 단결정 LiMnSb의 X선 회절분석(좌), 합성된 MnSb LiMnSb 층상형 MnSb의 회절분석(우)이다. 층상형 MnSb의 경우 기 보고된 3차원 MnSb와는 다른 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 20은 기존 MnSb와 실시예 8에 따라 제조된 MnSb의 electrical transport를 나타낸 그래프로, 이를 통해 실시예 2에 따라 제작된 사각대칭 층상형 MnSb는 금속성 특징을 가짐을 알 수 있다.
도 21은 실시예 8에 따라 제조된 MnSb의 MvsT(좌) 및 MvsH(우 2K, 300K) curve를 나타낸 그래프로, 실시예 8에 따라 제조된 사각대칭 층상형 MnSb는 강자성을 특성으로 함을 알 수 있다.
도 22는 실시예 1, 실시예 4, 실시예 7에 따라 제조된 KMnSb(위), NaMnSb(가운데), LiMnSb(아래) 단결정의 electrical transport를 나타낸 그래프로, 이들 각각은 반도체, 금속, 반도체의 특성을 가짐을 알 수 있다.Figure 1 schematically shows a layered KMnSb synthesis process.
2 is a SEM photograph of the layered MnSb prepared according to Example 2. FIG.
3 is a view showing the structure of three-dimensional MnSb, KMnSb, layered MnSb.
4 is a schematic diagram of removal and exfoliation of K ions.
5 is an X-ray diffraction analysis (left) of the synthesized single crystal KMnSb (left) and diffraction analysis results (right) of the existing three-dimensional MnSb, layered KMnSb, layered MnSb. In the case of layered MnSb, it can be confirmed that it has a different structure from previously reported 3D MnSb.
6 is a graph showing the electrical transport of the conventional MnSb and MnSb prepared according to Example 2, through which the square symmetric layered MnSb prepared according to Example 2 has a different semiconductor characteristics than the conventional three-dimensional MnSb have.
7 is a graph showing the MvsT (left) and MvsH (right 2K, 300K) curves of MnSb prepared according to Example 2, and it can be seen that the rectangular symmetric layered MnSb prepared by the researchers has ferromagnetic properties. have.
8 schematically shows a layered NaMnSb synthesis process.
Figure 9 is a SEM (left), TEM (right), STEM analysis of the layered MnSb prepared according to Example 5. As a result, the MnSb from which Na is removed has a layered structure, and it can be confirmed that the MnSb splits in a direction perpendicular to the C axis, and that the peeled MnSb shows square symmetry.
10 is a structure of three-dimensional MnSb, NaMnSb, layered MnSb.
It is a schematic diagram about removal and peeling of Na.
12 shows the results of X-ray diffraction analysis (left) of the single crystal NaMnSb synthesized according to Example 5, conventional three-dimensional MnSb, layered NaMnSb, and layered MnSb. In the case of layered MnSb, it can be confirmed that it has a different structure from the previously reported three-dimensional MnSb.
FIG. 13 is a graph showing the electrical transport of the conventional MnSb and MnSb prepared according to Example 5, wherein the square-symmetric layered MnSb prepared according to Example 5 has a semiconductor characteristic different from that of the conventional three-dimensional MnSb (p63mmc). You can ..
14 is a graph showing MvsT (left) and MvsH (right 2K, 300K) curves of MnSb prepared according to Example 5, and it can be seen that the rectangularly symmetric layered MnSb prepared according to Example 5 has ferromagnetic properties. have.
Figure 15 schematically shows a layered LiMnSb synthesis process.
16 is a SEM (left), TEM (right) and STEM analysis photographs of the layered MnSb prepared according to Example 8. FIG. Through this, Li-removed MnSb is a layered structure, it can be confirmed that the split in the direction perpendicular to the C-axis, and in the case of peeled MnSb can be seen to show square symmetry.
17 shows structures of three-dimensional MnSb, LiMnSb, and layered MnSb.
It is a schematic diagram about removal and peeling of Li.
19 is an X-ray diffraction analysis (left) of a single crystal LiMnSb synthesized according to Example 8, and a diffraction analysis (right) of the synthesized MnSb LiMnSb layered MnSb. In the case of the layered MnSb, it can be confirmed that it has a different structure from the previously reported three-dimensional MnSb.
20 is a graph showing the electrical transport of the conventional MnSb and MnSb prepared according to Example 8, it can be seen that the square-symmetric layered MnSb prepared according to Example 2 has a metallic characteristic.
FIG. 21 is a graph showing MvsT (left) and MvsH (right 2K, 300K) curves of MnSb prepared according to Example 8, wherein the square-symmetric layered MnSb prepared according to Example 8 has ferromagnetic properties. Can be.
FIG. 22 is a graph showing electrical transport of KMnSb (top), NaMnSb (center), and LiMnSb (bottom) single crystals prepared according to Examples 1, 4, and 7, each of which is a semiconductor, metal, or semiconductor It can be seen that it has characteristics.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.
본 명세서에서 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The embodiments herein are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined by the scope of the claims. It will be.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적 설명이 생략될 수 있다.Thus, in some embodiments, well-known components, well-known operations and well-known techniques may be omitted from specific description in order to avoid obscuring the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular forms “a,” “an” and “the” include plural unless the context clearly dictates otherwise. .
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적 으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 층상형 화합물, 화학식 2로 표시되는 나노시트를 제공한다.The present invention provides a layered compound represented by the following formula (1) or (2), and a nanosheet represented by the formula (2).
<화학식 1><
AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)AMnSb, where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li
<화학식 2><
MnSbMnSb
상기 화합물들은 도 3, 도 10, 도 17과 같은 층상 구조를 갖는다. 상기 화합물 MnSb는 기존 3차원 결정 MnSb (p63/mmc)와는 다른 2차원 MnSb(P4/nmms)의 층상형 구조를 갖는다.The compounds have a layered structure as shown in FIGS. 3, 10, and 17. The compound MnSb has a layered structure of two-dimensional MnSb (P4 / nmms) different from the existing three-dimensional crystal MnSb (p63 / mmc).
상기 화합물은 ferromagnetism을 갖는다.The compound has ferromagnetism.
상기 화합물은 자기 이방성을 갖는다.The compound has magnetic anisotropy.
상기 화합물은 자기장과 평행한 방향의 easy axis를 갖는다.The compound has an easy axis in a direction parallel to the magnetic field.
상기 화학식 1의 층상형 화합물들 중 KMnSb는 반도체 특성을, NaMnSb는 금속 특성을, LiMnSb는 반도체 특성을 갖는다.Among the layered compounds of
상기 화학식 2의 MnSb 중 층상형 KMnSb로부터 K를 제거하여 제조된 MnSb는 반도체 특성을, NaMnSb로부터 Na를 제거하여 제조된 MnSb는 반도체 특성을, LiMnSb로부터 Li을 제거하여 제조된 MnSb는 금속 특성을 갖는다.MnSb prepared by removing K from layered KMnSb in MnSb of
본 발명은 또한, The present invention also provides
(a)A, Mn, Sb을 포함하는 합성 원료를 반응 용기에 삽입하는 단계(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나임); (a) inserting a synthetic raw material comprising A, Mn, Sb into a reaction vessel, where A is any one of K, Na, and Li;
(b)상기 반응 용기에 삽입된 합성 원료를 용융-냉각을 통해 결정화하는 단계;를 포함하는 층상형 AMnSb(알칼리금속망간안티몬. 여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)를 합성하는 방법을 제공한다.(b) crystallizing the synthetic raw material inserted into the reaction vessel through melt-cooling; layered AMnSb (alkali metal manganese antimony, wherein A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li) It provides a method for synthesizing.
상기 반응용기는 시료와 반응을 하지 않고, 고온에서 파손되지 않는 것이 적합하다. 대표적인 예로 알루미나 도가니, 몰리브덴 도가니, 텅스텐도가니 등이 있다. It is preferable that the reaction vessel does not react with the sample and does not break at a high temperature. Typical examples include alumina crucibles, molybdenum crucibles, and tungsten crucibles.
상기 용융하는 단계는 650~800℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.The melting step is preferably performed at a temperature of 650 ~ 800 ℃.
상기 온도범위의 상한을 초과하면 Alkali ion의 기화로 봉입된 쿼츠 튜브 내의 증기압이 높아져 터질 수 있으며, 상기 온도범위의 하한에 미달하는 경우 재료의 소결반응이 완료되지 않아 반응되지 않은 원재료가 남아 있을 수 있어 바람직하지 못하다.When the upper limit of the temperature range is exceeded, the vapor pressure in the quartz tube encapsulated by evaporation of Alkali ions may increase, and if the temperature falls below the lower limit, the sintering reaction of the material may not be completed, and thus raw materials may remain unreacted. It is not desirable.
상기 냉각 단계는 상기 혼합물을 급냉 또는 서냉을 통해 이루어질 수 있다.The cooling step may be achieved by quenching or slow cooling the mixture.
상기 서냉은 300-500℃의 온도까지 시간당 0.5-3℃의 속도로 냉각함으로써 결정을 성장시켜 단결정을 형성하는 단계이며, 상기 급냉은 상기 서냉의 속도보다 급속도로 냉각하여 다결정을 형성하는 단계이다. The slow cooling is a step of growing a crystal by cooling at a rate of 0.5-3 ° C. to a temperature of 300-500 ° C. to form a single crystal, and the quenching is a step of rapidly cooling the slow cooling to form a polycrystal.
서냉시 상기 온도범위의 상한을 초과하는 경우 단결정의 크기 확보가 어렵고(다결정화), 상기 하한에 미달하는 경우 alkali ion의 기화로 인해 조성의 변화가 생길 수 있으므로 바람직하지 못하다.It is not preferable to secure the size of the single crystal in the case of exceeding the upper limit of the temperature range in slow cooling (polycrystallization), and if it is less than the lower limit, the composition may change due to vaporization of alkali ions.
급냉은 물 또는 기름 등의 저온 용매에 봉입된 시료를 넣어 온도를 급냉하거나(담금질), 열 공급원 제거를 통해 상온으로 급냉하는 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.In the quenching, various methods may be used, such as putting a sample enclosed in a low temperature solvent such as water or oil to quench the temperature (quenching) or quenching to room temperature by removing the heat source.
본 발명은 또한,The present invention also provides
(c) 상기 본 발명에 따른 층상형 AMnSb를 합성하는 방법에 따라 층상형 AMnSb을 합성하는 단계;(c) synthesizing the layered AMnSb according to the method for synthesizing the layered AMnSb according to the present invention;
(d)상기 층상형 AMnSb에서 K, Na 또는 Li을 제거하는 단계를 포함하는 층상형 MnSb의 합성 방법을 제공한다.(d) providing a method of synthesizing a layered MnSb comprising the step of removing K, Na or Li from the layered AMnSb.
상기 층상형 AMnSb에서 A 이온을 제거하는 단계는, 유기용매, 물 또는 이들의 혼합물을 이용하여 결정 내의 A 이온을 제거할 수 있다.Removing A ions from the layered AMnSb may remove A ions in the crystal using an organic solvent, water, or a mixture thereof.
상기 유기용매는 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The organic solvent may be a cyclic carbonate solvent, a chain carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a nitrile solvent, an amide solvent, or a mixture thereof.
본 발명은,The present invention,
(e) 상기 본 발명의 층상형 MnSb의 합성 방법에 따라 층상형 MnSb를 합성하는 단계;(e) synthesizing the layered MnSb according to the method for synthesizing the layered MnSb of the present invention;
(f) 상기 층상형 MnSb를 박리하는 단계를 포함하는 MnSb 나노시트 제조방법을 제공한다.(f) provides a method of manufacturing MnSb nanosheets comprising the step of peeling the layered MnSb.
상기 층상형 MnSb를 박리하는 단계는, Peeling the layered MnSb,
초음파에 의한 에너지로 박리, 용매의 침입에 의한 박리, 용매와 K가 형성하는 염 및 반응 기체에 의한 박리, Tape를 이용한 박리 및 접착성 표면을 가진 물질을 이용한 박리로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 공정을 이용하여 이루어질 수 있다.1 or 2 selected from the group consisting of peeling by energy of ultrasonic waves, peeling by invasion of solvent, peeling by salts and reactants formed by solvent and K, peeling by tape, and peeling by a material having an adhesive surface. It can be done using two or more processes.
본 발명은,The present invention,
(g) 상기 층상형 AMnSb의 합성 방법에 따라 층상형 AMnSb를 합성하는 단계;(g) synthesizing the layered AMnSb according to the method for synthesizing the layered AMnSb;
(h) 상기 층상형 AMnSb를 박리하는 단계를 포함하는 AMnSb 나노시트 제조방법을 제공한다.(h) it provides a method for producing AMnSb nanosheets comprising the step of peeling the layered AMnSb.
상기 층상형 AMnSb를 박리하는 단계는, Peeling the layered AMnSb,
초음파에 의한 에너지로 박리, 용매의 침입에 의한 박리, 용매와 K가 형성하는 염 및 반응 기체에 의한 박리, Tape를 이용한 박리 및 접착성 표면을 가진 물질을 이용한 박리로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 공정을 이용하여 이루어질 수 있다.1 or 2 selected from the group consisting of peeling by energy of ultrasonic waves, peeling by solvent intrusion, peeling by salts and reactants formed by solvent and K, peeling by tape, and peeling by a material having an adhesive surface. It can be done using two or more processes.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 및 실험예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. These Examples and Experimental Examples are only for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these Examples and Experimental Examples according to the gist of the present invention having ordinary skill in the art. It is self-evident to him.
실시예 1) KMnSb 단결정의 제조Example 1 Preparation of KMnSb Single Crystal
잘 혼합된 정량의 Mn과 Sb 분말과 정량의 K 블럭을 반응용기에 삽입한다, 반응용기에 삽입된 시료는 쿼츠 튜브에 봉입한다. 이때 쿼츠 튜브 내부는 Ar 등 불활성 기체 분위기를 유지하거나, 진공을 만들어 시료의 산화나 변질을 막아준다, 본 발명자는 고온에서 불활성 기체의 부피 팽창에 의한 쿼츠 파손의 우려로 진공 봉입된 쿼츠를 사용하였다. 시료가 들어간 쿼츠 튜브는 전기로에서 반응을 하였으며, 시료가 용융 될 수 있는 온도 650-800℃에서 12시간 유지, 이후 재 결정화를 위해 0.5-3℃/hr로 서냉한다. 300-500℃에 도달한 후 전기로의 전원을 차단하여 시료가 냉각될 수 있도록 한다. 이를 통해 고순도의 KMnSb 단결정을 확보하였다(도 1).Insert a well-mixed quantity of Mn and Sb powder and a quantity of K block into the reaction vessel. The sample inserted into the reaction vessel is enclosed in a quartz tube. At this time, the inside of the quartz tube maintains an inert gas atmosphere such as Ar or prevents oxidation or deterioration of the sample by making a vacuum. The present inventors used quartz enclosed in vacuum due to fear of quartz breakage due to volume expansion of the inert gas at high temperature. . The quartz tube containing the sample was reacted in an electric furnace, and maintained at 650-800 ° C. for 12 hours at which the sample could be melted, and then slowly cooled to 0.5-3 ° C./hr for recrystallization. After reaching 300-500 ° C, the power to the furnace is cut off to allow the sample to cool. This secured a high purity KMnSb single crystal (Fig. 1).
합성된 KMnSb 시료는 도 5 (좌)에서 X선 회절 패턴으로 상을 확인하였고, 고순도의 단결정 합성이 된 것을 확인하였다.The synthesized KMnSb sample was identified by X-ray diffraction pattern in FIG. 5 (left), and it was confirmed that high purity single crystal was synthesized.
실시예 2) 층상형 MnSb 제조Example 2 Preparation of Layered MnSb
합성된 고순도의 KMnSb 시료에서 K ion을 제거하기 위해 다양한 유기 용매가 사용될 수 있다. 그중 본 발명자는 Deionized water(H2O)를 이용하였으며, 타 유기용매에 비해 빠른 반응시간에 층상형 MnSb 구조를 얻을 수 있어 해당 유기용매를 선정 하였다. 제작된 층상형 MnSb의 구조는 기존 이차원 소재의 박리에 널리 쓰이는 방법으로 쉽게 박리가 될 수 있을 것으로, 구조와 박리에 대한 모식도는 도 4에 나타내었다. Various organic solvents may be used to remove K ions from the synthesized high purity KMnSb sample. Among them, the present inventors used Deionized water (H 2 O), and the organic solvent was selected because a layered MnSb structure can be obtained in a faster reaction time than other organic solvents. The structure of the fabricated layered MnSb can be easily peeled by a method widely used for peeling existing two-dimensional material, the schematic diagram for the structure and peeling is shown in FIG.
실시예 3) 층상형 MnSb 물성 측정Example 3) Measurement of Layered MnSb Properties
본 발명자가 제작한 층상형 MnSb는 기존 3차원 MnSb(p63/mmc)와는 다른 반도체 특성을 보이며(도 6), 강자성을 가진것으로 확인이 되었다(도 7). 이는 해당 물질이 자성 반도체 연구에 새로운 후보군이 될 수 있음을 말한다.The layered MnSb prepared by the present inventors showed a semiconductor characteristic different from that of the existing three-dimensional MnSb (p63 / mmc) (FIG. 6) and was confirmed to have ferromagnetic properties (FIG. 7). That means the material could be a new candidate for magnetic semiconductor research.
실시예Example 4) 4) NaMnSbNaMnSb 단결정의 제조 Preparation of single crystal
잘 혼합된 정량의 Mn과 Sb 분말과 정량의 Na 블럭을 반응용기에 삽입한다, 반응용기에 삽입된 시료는 쿼츠 튜브에 봉입한다. 이때 쿼츠 튜브 내부는 Ar 등 불활성 기체 분위기를 유지하거나, 진공을 만들어 시료의 산화나 변질을 막아준다, 본 발명자는 고온에서 불활성 기체의 부피 팽창에 의한 쿼츠 파손의 우려로 진공 봉입된 쿼츠를 사용하였다. 시료가 들어간 쿼츠 튜브는 전기로에서 반응을 하였으며, 시료가 용융될 수 있는 온도 650-800℃에서 12시간 유지, 이후 재결정화를 위해 0.5-3℃/hr로 서냉한다. 300-500℃에 도달한 후 전기로의 전원을 차단하여 시료가 냉각될 수 있도록 한다. 이를 통해 고순도의 NaMnSb 단결정을 확보하였다(도 8).A well mixed amount of Mn and Sb powder and a quantity of Na block are inserted into the reaction container. The sample inserted into the reaction container is enclosed in a quartz tube. At this time, the inside of the quartz tube maintains an inert gas atmosphere such as Ar or prevents oxidation or deterioration of the sample by making a vacuum. The present inventors used quartz enclosed in vacuum due to fear of quartz breakage due to volume expansion of the inert gas at high temperature. . The quartz tube containing the sample was reacted in an electric furnace, held at a temperature of 650-800 ° C. for 12 hours at which the sample could be melted, and then slowly cooled to 0.5-3 ° C./hr for recrystallization. After reaching 300-500 ° C, the power to the furnace is cut off to allow the sample to cool. This secured a high purity NaMnSb single crystal (Fig. 8).
합성된 NaMnSb 시료는 도 12 (좌)에서 X선 회절 패턴으로 상을 확인하였고, 고순도의 단결정 합성이 된 것을 확인하였다. The synthesized NaMnSb sample was identified by X-ray diffraction pattern in FIG. 12 (left), and it was confirmed that high purity single crystal was synthesized.
실시예 5) 층상형 MnSb 제조Example 5 Preparation of Layered MnSb
합성된 고 순도의 NaMnSb 시료에서 Li ion을 제거하기 위해 다양한 유기 용매가 사용될 수 있다. 그중 본 발명자는 Deionized water(H2O)를 이용하였으며, 타 유기용매에 비해 빠른 반응시간에 층상형 MnSb 구조를 얻을 수 있어 해당 유기용매를 선정하였다. 제작된 층상형 MnSb의 구조는 기존 이차원 소재 박리에 널리 쓰이는 방법으로 쉽게 박리가 될 수 있을 것으로, 구조와 박리에 대한 모식도는 도 11에 나타내었다. MnSb 나노 소재를 얻기 위해 층상형 MnSb 또는 NaMnSb 소재를 Di/IPA 1:4 비율에 혼합된 용매를 이용하여 tip sonication을 하였다. 이때 파워는 400W, 시간은 40분으로 설정하였으며, 박리 된 나노 시트는 원심분리기로 3600rpm 10분간 회전시켜 상층액에서 취하였다. 도 9 (중간) STEM을 통해 박리된 MnSb 나노시트는 사각대칭구조를 가지는 것을 확인하였다(도 9 (우)).Various organic solvents may be used to remove Li ions from the synthesized high purity NaMnSb sample. Among them, the present inventors used Deionized water (H 2 O), and the organic solvent was selected because a layered MnSb structure can be obtained in a faster reaction time than other organic solvents. The structure of the fabricated layered MnSb can be easily peeled by a method widely used for peeling existing two-dimensional materials, the schematic diagram of the structure and peeling is shown in FIG. To obtain MnSb nanomaterials, tip sonication was performed using a layered MnSb or NaMnSb material in a solvent mixed in a Di / IPA 1: 4 ratio. At this time, the power was set to 400W, the time was set to 40 minutes, and the peeled nanosheets were taken from the supernatant by rotating 3600rpm for 10 minutes with a centrifuge. 9 (middle) MnSb nanosheets peeled through the STEM was confirmed to have a square symmetric structure (Fig. 9 (right)).
실시예 6) 층상형 MnSb 물성 측정Example 6 Measurement of Layered MnSb Properties
본 발명자가 제작한 층상형 MnSb는 상온 강자성 반도체 특성을 보인다(도 13)The layered MnSb prepared by the present inventors exhibits room temperature ferromagnetic semiconductor characteristics (FIG. 13).
실시예 7) LiMnSb 단결정의 제조Example 7 Preparation of LiMnSb Single Crystal
잘 혼합된 정량의 Mn과 Sb 분말과 정량의 Li 블럭을 반응용기에 삽입한다, 반응용기에 삽입된 시료는 쿼츠 튜브에 봉입한다. 이때 쿼츠 튜브 내부는 Ar 등 불활성 기체 분위기를 유지하거나, 진공을 만들어 시료의 산화나 변질을 막아준다, 본 발명자는 고온에서 불활성 기체의 부피 팽창에 의한 쿼츠 파손의 우려로 진공 봉입된 쿼츠를 사용하였다. 시료가 들어간 쿼츠 튜브는 전기로에서 반응을 하였으며, 시료가 용융될 수 있는 온도 650-800℃에서 12시간 유지, 이후 재결정화를 위해 0.5-3℃/hr로 서냉한다. 300-500℃에 도달한 후 전기로의 전원을 차단하여 시료가 냉각될 수 있도록 한다. 이를 통해 고 순도의 LiMnSb 단 결정을 확보하였다(도 15).A well mixed amount of Mn and Sb powder and a quantity of Li block are inserted into the reaction vessel. The sample inserted into the reaction vessel is encapsulated in a quartz tube. At this time, the inside of the quartz tube maintains an inert gas atmosphere such as Ar or prevents oxidation or deterioration of the sample by making a vacuum. The present inventors used quartz enclosed in vacuum due to fear of quartz breakage due to volume expansion of the inert gas at high temperature. . The quartz tube containing the sample was reacted in an electric furnace, held at a temperature of 650-800 ° C. for 12 hours at which the sample could be melted, and then slowly cooled to 0.5-3 ° C./hr for recrystallization. After reaching 300-500 ° C, the power to the furnace is cut off to allow the sample to cool. This secured a high purity LiMnSb single crystal (FIG. 15).
합성된 LiMnSb 시료는 도 19 (좌) 에서 X선 회절 패턴으로 상을 확인하였고, 고순도의 단결정 합성이 된 것을 확인하였다. The synthesized LiMnSb sample was identified by X-ray diffraction pattern in FIG. 19 (left), and it was confirmed that high purity single crystal was synthesized.
실시예 8) 층상형 MnSb 제조Example 8) Layered MnSb Preparation
합성된 고 순도의 LiMnSb 시료에서 Li ion을 제거하기 위해 다양한 유기 용매가 사용될 수 있다. 그중 본 발명자는 Deionized water(H2O)를 이용하였으며, 타 유기용매에 비해 빠른 반응시간에 층상형 MnSb 구조를 얻을 수 있어 해당 유기용매를 선정하였다. 제작된 층상형 MnSb의 구조는 기존 이차원 소재 박리에 널리 쓰이는 방법으로 쉽게 박리가 될 수 있을 것으로, 구조와 박리에 대한 모식도는 도 18에 나타내었다. MnSb 나노 소재를 얻기 위해 층상형 MnSb 또는 LiMnSb 소재를 Di/IPA 1:4 비율에 혼합된 용매를 이용하여 tip sonication을 하였다. 이때 파워는 400W, 시간은 40분으로 설정하였으며, 박리 된 나노시트는 원심분리기로 3600rpm 10분간 회전시켜 상층액에서 취하였다. 도 16 (중간) STEM을 통해 박리 된 MnSb 나노시트는 사각대칭구조를 가지는 것을 확인하였다(도 16 (우)).Various organic solvents may be used to remove Li ions from the synthesized high purity LiMnSb samples. Among them, the present inventors used Deionized water (H 2 O), and the organic solvent was selected because a layered MnSb structure can be obtained in a faster reaction time than other organic solvents. The structure of the fabricated layered MnSb can be easily peeled by a method widely used for existing two-dimensional material peeling, the schematic diagram for the structure and peeling is shown in FIG. In order to obtain MnSb nanomaterials, tip sonication was performed using a layered MnSb or LiMnSb material in a solvent mixed in a Di / IPA 1: 4 ratio. At this time, the power was set to 400W, the time was set to 40 minutes, and the peeled nanosheets were taken from the supernatant by rotating 3600rpm for 10 minutes with a centrifuge. FIG. 16 (middle) It was confirmed that the MnSb nanosheets peeled through the STEM had a square symmetry structure (FIG. 16 (right)).
실시예 9) 층상형 MnSb 물성 측정Example 9) Measurement of Layered MnSb Properties
본 발명자가 제작한 층상형 MnSb는 금속성 강자성체 특성을 보인다(도 20, 도 21]The layered MnSb prepared by the present inventors exhibits metallic ferromagnetic properties (FIGS. 20 and 21).
비교예 1) 기존 자연계에서 존재하는 MnSb Comparative Example 1) MnSb Existing in Existing Nature
기존 자연계에 존재하는 MnSb는 도 3과 같이 3차원 구조이며, 본 발명자는 합성을 통해 기존 3차원 MnSb는 2차원 MnSb와 다른 구조임을 X선 회절 분석을 통해 확인하였다(도 5 (우), 도 12 (우), 도 19 (우) ). 또한 기존 3차원 MnSb는 금속 특징을 보임을 알 수 있다(도 6 (좌), 도 13 (좌), 도 20 (좌)).MnSb present in the existing natural system has a three-dimensional structure as shown in Figure 3, the inventors confirmed through the X-ray diffraction analysis that the existing three-dimensional MnSb is different from the two-dimensional MnSb through synthesis (Fig. 5 (right), Fig. 12 (right), FIG. 19 (right)). In addition, it can be seen that the existing three-dimensional MnSb shows a metal characteristic (Fig. 6 (left), Fig. 13 (left), Fig. 20 (left)).
Claims (18)
<화학식 1>
AMnSb(여기서, A는 K, Na, Li 중 어느 하나의 알칼리금속임)
<화학식 2>
MnSb
상기 화합물은 기존 3차원 결정 MnSb (p63/mmc)와는 다른 2차원 MnSb(P4/nmms) 층상형 구조를 가지며,
상기 화합물은 반도체 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 화합물.
Regarding the layered compound represented by the following formula (1) or (2),
<Formula 1>
AMnSb, where A is an alkali metal of any one of K, Na, and Li
<Formula 2>
MnSb
The compound has a two-dimensional MnSb (P4 / nmms) layered structure different from the existing three-dimensional crystalline MnSb (p63 / mmc),
The compound is characterized in that it has a semiconductor characteristic.
상기 화합물은 ferromagnetism을 가지는 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 1,
The compound is characterized in that it has a ferromagnetism.
상기 화합물은 자기 이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 화합물.
The method of claim 1,
The compound is characterized in that it has a magnetic anisotropy.
상기 화합물은 자기장과 평행한 방향의 easy axis를 가지는 것을 특징으로 하는 화합물
The method of claim 1,
The compound has an easy axis in a direction parallel to the magnetic field
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Non-Patent Citations (3)
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| T. Yamashita et al., Mn3Sb: a new L12-type intermetallic compound synthesized under high-pressure, Journal of Alloys and Compounds 348 (2003) 220-223* |
| Von G. ACHENBA et al, Ternare Verbindungen des Lithiums und Natriums mit Mangan und Elementen der 5. Hauptgruppe, Z. anorg. allg. Chem. 475, 9-17 (1981)* |
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