[发明专利]一种铁磁半导体材料的单晶生长方法

说明书

本发明提供一种铁磁半导体材料的单晶生长方法，所述铁磁半导体材料的化学式为(Ba_1‑xK_x)(Zn_1‑yMn_y)₂As₂，0x0.5，0y0.5，所述方法包括：在加热条件下使用助熔剂法生长单晶，其中所述助熔剂为ZnAs和MnAs。本发明的方法能够生长大尺寸、高质量的(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂的单晶，对其物理机制研究和将来的实际应用都有着及其重要的作用。

技术领域

本发明涉及一种铁磁半导体材料(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂的大尺寸单晶生长方法。

背景技术

稀磁半导体材料由于在自旋电子器件领域的潜在应用，而获得广泛关注。稀磁半导体一般是通过在半导体中引入少量的磁性离子而得到。典型的是基于III-V族的半导体。例如由Mn²⁺替代Ga³⁺的(Ga,Mn)As和(Ga,Mn)N，由于不等价替代，导致很有限的化学溶解度，只能以外延薄膜的形式制备，并且载流子和自旋不能分别进行调控(H.Ohno,et al.,Science 281,951-956(1998))。最近，基于II-Ⅱ-Ⅴ族半导体BaZn₂As₂的稀磁半导体(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂被成功制备(K.Zhao et al.,Nature Communications 4:1442(2013)DOI:10.1038/ncomms2447)。在这个体系中，载流子通过元素K的掺杂来控制，自旋通过Mn²⁺替代Zn²⁺的量来调控。其230K的铁磁转变温度要高于(Ga,Mn)As中大约200K的铁磁转变温度。另外由于(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂和铁基超导体(Ba,K)Fe₂As₂、反铁磁体BaMn₂As₂有同样的结构和相匹配的晶格，可以制备基于(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂的同结构多组分异质结。因此(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂被世界著名的电子电气工程师协会磁学委员会誉为稀磁半导体发展的里程碑式材料[IEEE Transactions on Magnetics,Roadmap for Emerging Materials forSpintronic Device Applications,51,1(2016)]。

因此生长大尺寸、高质量的(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂的单晶对其物理机制研究和将来的实际应用都有着及其重要的作用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种铁磁半导体材料(Ba,K)(Zn,Mn)₂As₂的大尺寸单晶生长方法。

本发明提供了一种铁磁半导体材料的单晶生长方法，所述铁磁半导体材料的化学式为(Ba_1-xK_x)(Zn_1-yMn_y)₂As₂，0x0.5，0y0.5，所述方法包括：在加热条件下使用助熔剂法生长单晶，其中所述助熔剂为ZnAs和MnAs的组合。