[发明专利]一种铁磁绝缘体材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种铁磁绝缘体材料、制备方法及其应用，所述铁磁绝缘体材料的结构式为(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)₃O₄，其制备方法包括如下：通过烧结得到(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)₃O₄陶瓷靶材；采用(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)₃O₄陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积的方法在衬底上进行薄膜沉积，得到铁磁绝缘体材料。采用本发明的技术方案，通过多种元素以等摩尔比掺杂，得到的材料能够以单相稳定存在，能够同时具备较强的磁性、较高的电阻率、高居里温度和良好的外延生长性，可以满足磁性器件开发的需求。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种铁磁绝缘体材料、制备方法及其应用。

背景技术

铁磁绝缘体薄膜在很多磁性器件中都有着非常重要的应用，如磁自旋阀、磁隧道结等。开发性能优异的磁性器件需要铁磁绝缘体同时具备高居里温度和良好的外延薄膜生长质量。而常见的铁磁绝缘体材料大多难以兼具高居里温度、优良的外延生长性和理想的铁磁绝缘性能。对此目前通常选择合适的铁磁绝缘基体材料，采用应变调控、改变薄膜生长气氛以及元素掺杂等办法进行性能改善。其中应变调控是通过选择合适的衬底对外延生长的铁磁绝缘体薄膜施加外延应力，驱动晶体场分裂，改变磁性离子的自旋状态，从而调控磁性强弱或者居里温度高低；改变薄膜生长气氛是指调节铁磁绝缘体薄膜外延生长过程中的背景气体的种类及压强大小，从而改变薄膜中离子的价态、载流子浓度，进而调控薄膜的磁性和电阻率大小；元素掺杂是指在基体铁磁绝缘体材料中掺杂引入其它元素，根据需求选择掺杂元素的种类及比例，如掺入磁性元素或者施主受主元素，从而改变离子的磁耦合结构和载流子浓度及迁移率，调控铁磁绝缘体磁性及电阻率。

现有的铁磁绝缘体改性制备技术中应变调控通常需要特定的衬底来提供合适的应力，因此对于不同的铁磁绝缘体薄膜需要选择不同的衬底，并且随着薄膜厚度变化应变状态也会随之改变，无法实现连续性调控；改变薄膜生长气氛来改善铁磁绝缘性能对于铁磁绝缘体料不具备普适性，不同的材料可能需要不同种类的背景气体甚至混合气体，此外改变生长气氛可能会同时改变薄膜的外延生长质量，导致表面粗糙度或者结晶性恶化；元素掺杂改性的方法操作简单，但掺杂比例过大容易导致第二相析出，反而使得材料性能降低，因此目前大多采用单一元素以小比例掺杂。总体而言上述方法改性效果并不明显，尚未能够得到综合性能较好的铁磁绝缘体材料。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种铁磁绝缘体材料、制备方法及其应用，该铁磁绝缘体材料能够同时具备较强的磁性、较高的电阻率、高居里温度和良好的外延生长性，可以满足磁性器件开发的需求。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种铁磁绝缘体材料，所述铁磁绝缘体材料的结构式为(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)₃O₄。

采用此技术方案的铁磁绝缘体材料，多种元素混合于氧化物的框架结构中，会产生较大的混合熵，使得相同的热力学温度下混合后系统的吉布斯自由能较低，从而能够以单相的形式稳定存在。其中多种磁性过渡金属元素的引入可以增强基体材料的磁性，同时导致氧化物晶体的晶格畸变程度增大，能够有效降低载流子的迁移率，使得材料的电绝缘性明显提高，由此能够得到综合性能进一步改善的新型铁磁绝缘体材料，能够同时具备较强的磁性、较高的电阻率、高居里温度，能在更宽温度区间稳定服役，尤其可以室温以上的高温区间稳定服役，可以满足磁性器件的要求。