[发明专利]一种磁性半导体材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种一维磁性半导体材料，其化学式为M₉V₃X₁₅，其中，M为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，V表示化学元素钒，以及X为硫族元素S、Se和Te中的一种或多种。本发明的一维磁性半导体材料的一维特征明显，在科学研究和各向异性磁电器件制备方面也有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于磁性材料领域，具体涉及一种磁性半导体材料及其制备方法。

背景技术

凝聚态物理中，强关联电子体系一直是人们研究的热门课题。许多新奇的物理现象，如高温超导、反常霍尔效应、拓扑绝缘体等都已经被相继报道。其中，硫族的3d过渡金属化合物的研究因其d轨道电子的强关联作用，受到广泛的关注。一维材料BaVS₃，其晶体主要是由VS₆链组成，晶格参数为a＝b＝6.7240(0),c＝5.6100(0)，VS₆链之间的距离为晶格常数a，研究人员发现了六方晶体-正交晶体转变、金属-绝缘体相变以及顺磁-反铁磁有序转变；而在主要由VSe₆链组成的化合物BaVSe₃(晶格参数为a＝b＝6.9990(1)，c＝5.8621(1)，VSe₆链之间的距离也为晶格常数a)中，除了保持类似的六方晶体-正交晶体转变，BaVSe₃表现为金属基态，在低温下出现铁磁序。目前，一致性的结论认为BaVSe₃为BaVS₃的高压相，其性能的差别主要源于构成其晶体结构的V(钒)链之间的相互作用。但是总地来说，BaVS₃的VS₆链之间的距离和BaVSe₃的VSe₆链之间的距离都比较短，使得V链之间的相互作用比较强，这严重影响了这两种材料的一维性能，继而影响其在量子临界点调控、各向异性磁电器件制备等方面的应用。因此，有必要研究开发V链间距更大、一维性能更强的材料体系。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种一维磁性半导体材料，其化学式为M₉V₃X₁₅，其中，M为Ca、Sr和Ba中的一种或多种，V表示化学元素钒，以及X为硫族元素S、Se和Te中的一种或多种。

根据本发明的一维磁性半导体材料，优选地，其化学式为Ba₉V₃Se₁₅或Ba₉V₃Te₁₅。

本发明还提供了前述一维磁性半导体材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将金属M的颗粒和X的粉末按照化学计量比1:1混合，在真空或惰性气体环境中加热到400-800℃，保温5-80小时，得到MX粉末；

步骤二：将步骤一得到的MX粉末、V粉末、X粉末按照摩尔比3：1：2混合，然后通过压片机压成预定形状；

步骤三：将步骤二获得的具有预定形状的混合物置于压机中，使压力升至3-20GPa，温度升至1000℃-1500℃，然后保温40min-120min；以及

步骤四：将压机内温度降为室温，释放压力至大气压，得到样品M₉V₃X₁₅。

根据本发明的一维磁性半导体材料的制备方法，优选地，在步骤一中，还包括将金属M的颗粒和X的粉末的混合物置于陶瓷容器中，然后将所述陶瓷容器置于真空度Pa<10^-3或填充有惰性气体的石英管中并密封，然后加热。

根据本发明的一维磁性半导体材料的制备方法，优选地，所述陶瓷容器为陶瓷坩埚。

根据本发明的一维磁性半导体材料的制备方法，优选地，在步骤一中，加热到700℃，保温20小时。