[发明专利]一种单层或几个单层的CrTe3薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种单层或几个单层的CrTe3薄膜及其制备方法。所述薄膜呈单一结构相，是具有磁性的半导体二维材料，且其薄膜表面在扫描隧道显微镜下表现出特征的锯齿状结构。本发明提供一种所述的单层CrTe₃薄膜制备方法，采用分子束外延的方法在真空的腔体里面制备得到。本发明所述的单层CrTe₃薄膜制备简单，薄膜质量高，成分均匀，表面平整。本发明还提出单层CrTe₃薄膜在自旋电子器件中的应用，对于电子器件小型化有重要的用途。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种磁性半导体薄膜领域，是关于一种单层或几个单层的CrTe3薄膜及其制备方法。

背景技术

二维范德华层状材料在层内具有牢固的共价键结合，而在层间的范德华相互作用相对较弱，这就使得这类材料的块材的性质和单层或几个单层的性质具有非常大的不同。例如，石墨烯是石墨的单层结构材料,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的这种具有其块材石墨不具备的优异性能，引发了人们对二维材料的深入研究，越来越多的二维材料被制备出来，并应用到电子器件中。虽然人们对二维材料的兴趣正在增长，但是至今为止对磁性的二维材料却知之甚少。磁性伴随着电子自旋，而电子自旋作为电子的另一个自由度可以用来代替电荷作为新一代信息存储和信息传递的方式，且相比于传统的信息运输和存储，利用磁性材料的电子自旋可以有更低的能耗、更快的传递速度以及非易失性等优点，而二维磁性材料在磁性储存以及自旋电子器件小型化中扮演着重要的角色，其重要性不言而喻。

由于Cr阳离子的多价性质，碲化铬具有多种多晶型化合物，典型就有Cr₂Te₃、CrTe₂、以及CrTe₃。这使得制备Cr与Te的单相化合物相比与其他过度金属硫属化合物而言是非常困难的。其中Cr₂Te₃并不是二维范德华层状材料，并不能形成二维材料。CrTe₂则是二维材料，对应的块材以及二维材料都已经被制备出来。对于CrTe₃虽然其块材被制备出来，但是由于其块材本身的制备难度就极其之高，且制备出来的块材纯度有限，所以二维的CrTe₃材料至今未被发现。

发明内容

本发明提出了一种单层或几个单层的CrTe3薄膜及其制备方法，我们在真空制备腔体中，利用分子束外延的方法，通过微妙地调整Cr和Te的通量比以及衬底温度首次制备出了高质量的单层二维CrTe₃薄膜材料。二维CrTe₃薄膜材料是一种磁性材料，其本征状态为二维反铁磁半导体材料，可以通过对其薄膜施加应力的方式使其变为铁磁半导体材料。其在电磁器件以及存储器件领域具有很大的应用前景。

所述的单层二维CrTe₃薄膜材料制备简单，质量高，结构规整，为单一结构相，表面平整，层间高度大约为0.7nm左右，第一层与衬底之间的高度大约为0.8nm到1nm，且具有较好的稳定性。

本发明采用如下技术方案：

一种单层或几个单层的CrTe₃薄膜，其特征在于，呈单一结构相，层间高度为0.6nm到0.8nm。优选地，层间高度为0.7nm。

进一步地，所述薄膜表面在扫描隧道显微镜下具有锯齿状特征条纹。

进一步地，所述薄膜是磁性半导体薄膜，能够用于自旋电子器件中。

进一步地，所述薄膜生长方式为层状生长，由一个或者几个单层构成。

进一步地，所述薄膜利用分子束外延的方式制备出来；或者利用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积方法制备出来。

本发明提供一种制备如上任一所述的CrTe₃薄膜的方法，包括以下步骤：