[发明专利]一种铁磁/石墨烯外延界面及其低温制备方法

说明书

本发明公开了一种铁磁/石墨烯外延界面的低温制备方法，包括以下步骤：S1、在绝缘基底上生长具有六角对称性晶格属性的铁磁薄膜，绝缘基底为与铁磁薄膜晶格对称性一致的基底；S2、对铁磁薄膜依次进行退火处理和表面还原处理，得到活性单晶薄膜；S3、将活性单晶薄膜置于等离子体化学气相沉积系统中，控制温度、等离子功率等生长模式，结合表面势能诱导在活性单晶薄膜上外延生长石墨烯，关闭等离子体和停止前驱体的通入，降温冷却，得到铁磁/石墨烯外延界面。本发明制备得到的铁磁/石墨烯外延界面的界面结合力强。

技术领域

本发明涉及自旋电子学、传感器技术、材料制备等领域，尤其涉及一种用于石墨烯自旋电子器件的铁磁/石墨烯外延界面及其低温制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由碳原子sp²杂化形成的六角蜂窝状二维材料，具有高载流子迁移率、高热导率、高透光性、结构稳定等诸多优异物理化学性质，在材料学、光电子学、自旋电子学等领域具有广泛的应用价值。理论研究表明，镍、钴等铁磁材料/石墨烯外延界面具有完美自旋过滤效应，其构建的石墨烯磁隧道结磁阻变化率高达10⁵%远大于传统MgO隧道结。高质量的铁磁/石墨烯外延界面制备是实现该效应的关键技术。目前，基于转移石墨烯制备的铁磁/石墨烯界面，晶体取向不一致，且界面原子无法形成强的耦合作用，难以获得理论预期的自旋过滤效应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种界面结合力强的铁磁/石墨烯外延界面及其低温制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种铁磁/石墨烯外延界面的低温制备方法，包括以下步骤：

S1、在绝缘基底上生长具有六角对称晶格属性的铁磁薄膜，所述绝缘基底为与铁磁薄膜晶格对称性一致的基底；

S2、对铁磁薄膜依次进行退火处理和表面还原处理，得到活性单晶薄膜；

S3、将活性单晶薄膜置于等离子体化学气相沉积系统中，通入含有碳源的前驱体，在550～850℃、等离子功率为50～100W的条件下，借助活性单晶薄膜表面势能的诱导，在活性单晶薄膜上外延生长石墨烯，关闭等离子体和停止前驱体的通入，降温冷却，得到铁磁/石墨烯外延界面。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S3中，所述含有碳源的前驱体为甲烷与氢气的混合气体，所述甲烷和氢气的流速比为1∶1；外延生长石墨烯的压强为1～10Pa。

外延生长石墨烯的时间为15～60s。

所述步骤S1中，所述铁磁薄膜为镍薄膜或钴薄膜。

所述绝缘基底为Al₂O₃(0001)或YSZ(111)。

采用电子束蒸发法或磁控溅射法在绝缘基底上生长铁磁薄膜。

所述步骤S2中，所述退火处理的温度为800～1000℃。

所述步骤S2中，所述表面还原处理的气体为氢气或氢气和惰性气体的混合气体。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种铁磁/石墨烯外延界面，所述铁磁/石墨烯外延界面根据前述低温制备方法制备得到，所述铁磁/石墨烯外延界面上石墨烯的层数为1～10层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：