[发明专利]一种Co2VAl半金属表面制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种Co₂VAl半金属表面制备工艺。

背景技术

人们已经发现许多霍伊斯勒合金具有半金属特性，即一个自旋通 道是金属性的而另一个自旋通道是半导体性或绝缘性，从而展示 100％的自旋极化。这种独有的特性使得此类霍伊斯勒合金材料成为 了半导体最佳的自旋极化电子注入源。因此，近年来，研究霍伊斯勒 合金和半导体组成的异质结的电子结构及其性质引起了许多科研工 作者的极大兴趣。除此之外，许多霍伊斯勒合金和常见半导体的晶格 结构和晶格常数很容易匹配，故这些霍伊斯勒合金在实验上易于生长 在常见半导体上。然而，不得不提的是：尽管这些霍伊斯勒型的半金 属铁磁体与一些常见的半导体有很好的晶格匹配度，但当他们形成异 质结时，在异质结的界面处，原来块材中的半金属性往往容易失去， 即异质结的界面不在具有半金属特性。造成这种结果的原因也许是多 方面的：像界面处原子的无序，氧化，缺陷造成的自旋散射，甚至是 固有的电子关联效应。无论是何原因，这种半金属性在异质结界面处 退化的的现象都可直接或间接地归因于结构性因素。毕竟任何两种不 同材料间总是存在晶格失配的可能，即使他们的晶格结构和晶格常数 非常的接近。

对于半金属材料和半导体间界面自旋极化的问题，人们在理论和 实验上已经有所研究。例如，Akbarzadeh等人基于密度泛函理论研究 了Co₂MnSi/GaAs和Co₂FeSi/GaAs异质结(001)方向的电磁性质， 发现在理想的SiMn/As界面处Co₂MnSi块材中的半金属特性依然存 在，但Co₂FeSi块材中的这种半金属特性在与半导体GaAs的界面处 则完全消失了。一篇关于Co₂CrAl/GaAs界面电子结构的研究报道： 在Co₂CrAl/GaAs(110)方向上，电子的自旋极化率往往会保持的相 对较高，甚至在个别(110)界面结构上几乎会达到100％。最近， Chadov等人利用霍伊斯勒材料Co₂MnAl和CoMnVAl两种合金结构 和化学上的兼容性，通过第一性原理的方法合理地设计出了高自旋极 化的磁阻结，理论上证实在Co₂MnAl/CoMnVAl异质结的界面处展示 半金属特性。实验上，人们已在衬底硅(Si)上外延生长出全霍伊斯 勒合金Co₂FeSi薄膜；为了保证铁磁性的稳定性，以MgO为缓冲层， 全霍伊斯勒合金Co₂MnSi超薄膜生长在了铁(Fe)衬底上。通过软X 射线的磁圆二色性(softx-raymagneticcirculardichroism，XMCD)， 人们研究了全霍伊斯勒合金Co₂MnGe薄膜在富Co情况下Mn和Co 原子的磁态。因此，从自旋电子学器件的实际应用出发，研究半金属 材料和半导体异质结薄膜的电磁性质(尤其是异质结界面处的自旋极 化)是非常重要的。

而对于全霍伊斯勒合金Co₂VAl，上述实验报道只是发现了该合金 材料具有铁磁性和较高的居里温度，但并没有证实其具有半金属行为， 并且，Co₂VAl的分子磁矩与压力有一定的依赖关系。另一方面， Meinert等人在实验上生长出了Co₂VAl的薄膜结构并发现Co₂VAl薄 膜同样具有很好的铁磁性和较高的居里温度。此外，也有一些理论研 究报道了块材Co₂VAl的结构、电磁性质等。然而，对于全霍伊斯勒 合金Co₂VAl薄膜或多层膜，至今未见理论上的报道。为此，我们基 于自旋极化的密度泛函理论首先对Co₂VAl的块材结构进行研究，确 定其基态并研究其电磁性质；然后，研究Co₂VAl(111)方向上其表 面的电子结构及半金属性。

因此，现有工艺方法落后，需要改进。

发明内容

本发明的技术方案如下：一种Co₂VAl半金属表面制备工艺，包

括以下步骤：

第一步：构建块材结构；