[发明专利]NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料及其制备方法，将块状金属铌箔和钽箔放入石英管，然后向石英管内加入砷粉，最后在石英管中加碘单质作为运输剂，封住石英管口；将石英管放入装有干冰和丙酮溶液的烧杯内，石英管抽真空处理后将石英管密封；将密封后的石英管放入管式炉中，先以15℃/min升温到200~220℃；再以4℃/min升到500~550℃保温30~40min；然后以5℃/h升温到600~700℃；继续以4℃/h升温到1000~1100℃并保温5~10天；保温结束后停止反应并冷却至室温。本发明采用化学气相运输法生长，在高真空密闭环境中生长，合成出的晶体结晶度高、质量好，重复性高。

技术领域

本发明涉及外尔半金属材料技术领域，具体而言，涉及NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料及其制备方法。

背景技术

2014年底，翁红明教授等人通过理论计算第一次发现TaAs，TaP，NbAs和NbP等固体材料是外尔半金属材料。不同于以往的理论方案，这一系列材料能够自然合成，并且无需进行掺杂等细致繁复的调控。更重要的是，这类材料没有中心反演但保持时间反演对称，因此没有磁性材料带来的磁畴等复杂性，也可以用角分辨光电子能谱（ARPES）实验来直接观测。自从发现这些材料以来，便引起了国内外科学家们的广泛关注，因为它们表现出了一系列奇特的现象，如费米弧、超高迁移率、手性异常导致的巨大磁阻。并且有科学家预测在未来的自旋电子学甚至量子计算中这些材料将会有潜在的应用。

外尔半金属材料稳健的拓扑表面状态和较大的室温载流子迁移率（均源自 Weyl半金属的体狄拉克能带）的结合是高活性 HER 催化剂的配方。这种方法有可能超越基于石墨烯的复合光催化剂，其中石墨烯仅提供高流动性介质，而没有在这些拓扑材料中发现的任何活性催化位点。因此，该工作为从新兴的拓扑材料领域发现新型催化剂提供了指导原则。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料及其制备方法，掺杂后的晶体材料性能可以得到提升，从而获得高性能的外尔半金属单晶材料。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将块状金属铌箔和钽箔放入石英管，然后向石英管内加入砷粉，最后在石英管中加碘单质作为运输剂，封住石英管口；所述块状钽箔和铌箔为经过精细破碎后的小尺寸碎片，其厚度为0 .013~0 .022 mm，大小为（1 .5~2 .5）×（1 .5~2 .5）mm ²；

步骤二，将石英管放入装有干冰和丙酮溶液的烧杯内；

步骤三，将石英管抽真空处理后将石英管密封；

步骤四，将密封后的石英管放入管式炉中，先以15℃/min升温到200~220℃；再以4℃/min升到500~550℃保温30~40min；然后以5℃/h升温到600~700℃；继续以4℃/h升温到1000~1100℃并保温5~10天；保温结束后停止反应并冷却至室温。

进一步地，步骤一中，以摩尔比计，铌箔：钽箔：砷粉： 碘粉=1.00：1.00：（1.40~1.50）：（0.50 ~0.70）。

进一步地，步骤三中，将石英管抽至真空度为1×10^-4Pa ~4×10^-4Pa后密封。

进一步地，步骤四中，先以15℃/min升温到210℃。

进一步地，步骤四中，再以4℃/min升到530℃。

进一步地，步骤四中，然后以5℃/h升到650℃。

进一步地，步骤四中，继续以4℃/h升到1050℃。

根据本发明的另一方面，提供一种根据以上所述的方法制备获得的NbAs掺杂Ta的外尔半金属材料。