[发明专利]镉基铁磁半导体材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镉基铁磁半导体材料及其制备方法，所述镉基铁磁半导体材料的化学式为(Sr_1‑xNa_x)(Cd_1‑yMn_y)₂As₂，其中x和y表示原子含量，0.03≤x≤0.25，0.03≤y≤0.25。本发明的镉基铁磁半导体材料纯度高、稳定性好、矫顽力小、铁磁转变温度高、具有负磁阻效应。

技术领域

本发明涉及半导体材料，具体涉及镉基铁磁半导体材料及其制备方法。

背景技术

磁性半导体是指非磁性半导体中的部分阳离子被磁性过渡金属元素或稀土金属离子取代后形成的磁性半导体。磁性离子掺杂到半导体中形成磁性半导体后，载流子自旋和磁性离子自旋之间存在交换耦合作用，磁性离子自旋可以产生铁磁性极化作用，将载流子俘获在铁磁自旋簇中，形成磁束缚态极子。随着外加磁场的增加，内部的束缚态磁极化子越来越多的被破坏掉，使更多的载流子被释放出来参与导电。因此磁性半导体在电学、磁学和光学等方面具有独特的性质，例如反常霍尔效应、巨负磁阻效应、增强磁光效应等。

磁性半导体兼具半导体和磁性材料的性质，即在一种材料中同时拥有电子的电荷和自旋两种自由度，是一种集磁、光、电于一体的、低功耗的新型半导体，因而引起科研工作者的广泛研究。

但是，现有的铁磁半导体材料大多为薄膜，且存在稳定性差、纯度低、对制备工艺条件要求高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种镉基铁磁半导体材料，所述镉基铁磁半导体材料的化学式为(Sr_1-xNa_x)(Cd_1-yMn_y)₂As₂，其中x和y表示原子含量，0.03≤x≤0.25，0.03≤y≤0.25。

优选的，0.1≤x≤0.25，0.1≤y≤0.25。

优选的，0.125≤x≤0.2，0.125≤y≤0.2。

优选的，所述镉基铁磁半导体材料的晶体结构是六方晶系结构。

本发明的实施例提供了一种镉基铁磁半导体材料的制备方法，包括下列步骤：

1)称取反应物并混合均匀，所述反应物中Sr：Na：Cd：Mn：As的原子含量比为(1-x):x:2(1-y):2y:2，其中0.03≤x≤0.25，0.03≤y≤0.25；

2)将混合均匀的反应物进行固相反应。

优选的，还包括：3)将所述步骤2)生成的块体材料研碎；以及4)将所述步骤3)得到的粉末进行固相反应。

优选的，所述固相反应的温度为700-1000℃。

优选的，所述固相反应的压强为一个大气压，时间为5-30小时。

优选的，所述固相反应的压强为1-20GPa，时间为0.5-2小时。

优选的，所述步骤1)和2)都在氩气环境中进行。

优选的，0.1≤x≤0.25，0.1≤y≤0.25。

优选的，0.125≤x≤0.2，0.125≤y≤0.2。

优选的，所述反应物为粉末状的SrAs、Cd、As、Mn和Na₃As。