拓扑量子单晶Cu3TeO6的制备方法与流程

本申请涉及一种拓扑量子单晶cu3teo6的制备方法，属于晶体制备技术领域。

背景技术：

近日，有研究报到，利用中子散射结合理论模拟对三维反铁磁体cu3teo6进行研究，首次在真实材料体系中观测到了三维拓扑磁振子激发。在拓扑磁振子系统中，非零的贝利曲率会导致电中性的磁振子具有反常热霍尔效应，并且非平庸的能带结构会使体系出现受拓扑保护的表面态，这些性质使得拓扑磁振子材料在发展高效率、低耗散的新型电子自旋器件上具有十分重要的应用前景。

但是，目前针对此晶体的生长工艺面临挑战，该晶体熔点较高，对晶体生长装置和坩埚有更高的要求，而且结晶困难，不易生长出大尺寸的单晶。

技术实现要素：

根据本申请的一个方面，提供了一种拓扑量子单晶cu3teo6的制备方法，本申请提供的制备方法，能长成大单晶，晶形完美，易于分离。

一种拓扑量子单晶cu3teo6的制备方法，所述拓扑量子单晶cu3teo6采用熔盐法制备，包括：将含有原料和助熔剂的混合物进行生长得到所述拓扑量子单晶cu3teo6；

其中，所述原料包括cu源和te源；

所述助熔剂为pbcl2。

对于拓扑量子单晶cu3teo6，现有技术有的没有采用助溶剂，得到的只是粉末晶体。有的采用了助溶剂，但是晶体也难长大，并且存在非晶相与晶体共存，难以分离，且晶形不佳。本申请采用熔盐法，以pbcl2为助熔剂，用铂金丝把晶体从熔盐炉中提出，除能实现与非晶相的分离，还能够得到晶形完美，大尺寸的晶体。

可选地，所述cu源包括cu的氧化物；

所述te源包括te的氧化物。

可选地，所述cu源为cu的氧化物；

所述te源为te的氧化物。

具体地，本申请中，cu的氧化物为cuo；te的氧化物为teo2。

可选地，所述cu源、te源与助熔剂的摩尔比为1：0.9～1.5：0.2～0.4；

其中，cu源的摩尔数以铜源中cu元素的摩尔数计；

te源的摩尔数以te源中te元素的摩尔数计；

助熔剂的摩尔数以自身的摩尔数计。

具体地，例如，cuo:teo2:pbcl2的摩尔比为＝1:0.9～1.5:0.2～0.4。

优选地，所述cu源、te源与助熔剂的摩尔比为1：1.1～1.2：0.37～0.38；

其中，cu源的摩尔数以铜源中cu元素的摩尔数计；

te源的摩尔数以te源中te元素的摩尔数计；

助熔剂的摩尔数以自身的摩尔数计。

具体地，例如，cuo:teo2:pbcl2的摩尔比为＝1：1.1～1.2：0.37～0.38。

进一步优选地，cuo:teo2:pbcl2的摩尔比为＝1：1.12：0.375。

可选地，所述制备方法至少包括以下步骤：

a)获得含有原料和助熔剂的混合物；

b)获得步骤a)中的混合物的饱和点；

c)将步骤b)中的混合物回温至饱和点以上5～20℃，以0.01～0.05℃/h的速率降温，进行晶体生长；

d)当晶体长至预设尺寸时，提起晶体，保温退火，即可得到所述拓扑量子单晶cu3teo6。

具体地，在步骤a)中，混合的温度的上限选自940℃、950℃；混合的温度的下限选自860℃、940℃。

在步骤b)中，混合物的降温速率的上限选自8℃/h、10℃/h；混合物的降温速率的下限选自5℃/h、8℃/h。

在步骤c)中降温的速率的上限选自0.02℃/h、0.05℃/h；降温速率的下限选自0.01℃/h、0.02℃/h。

可选地，步骤a)包括：将含有原料和助熔剂的物料升温至860～950℃，保温1～4天，得到所述含有原料和助熔剂的混合物。

优选地，步骤a)包括：将含有原料和助熔剂的物料升温至940～950℃，保温1～2天，得到所述含有原料和助熔剂的混合物。

可选地，含有原料和助熔剂的物料盛放至铂金坩埚中，进行混合。混合完成后，向溶液中下铂金丝。

可选地，步骤b)包括：将步骤a)中获得的混合物以5～10℃/h的速率降温，确定饱和点为815～790℃。

优选地，步骤b)包括：将步骤a)中获得的混合物以5～8℃/h的速率降温，确定饱和点为815～790℃。

可选地，步骤c)包括：将步骤b)中的混合物回温至820～830℃，以0.01～0.02℃/h的速率降温，进行晶体生长。

优选地，步骤c)包括：将步骤b)中的混合物回温至820℃，以0.02℃/h的速率降温，进行晶体生长。

可选地，步骤d)包括：当晶体长至预设尺寸时，提起晶体，以12～18℃/h的速率降温至740～760℃，保温退火12～24h，再以20～40℃/h的速率降至室温，即可得到所述拓扑量子单晶cu3teo6。

优选地，步骤d)包括：当晶体长至预设尺寸时，提起晶体，以15℃/h的速率降温至750℃，保温退火12h，再以30℃/h的速率降至室温，即可得到所述拓扑量子单晶cu3teo6。

具体地，在本申请中，预设尺寸为不与盛放混合物的铂金坩埚的发生粘接的任意合适的尺寸。

本申请的又一方面，根据上述任一项所述的制备方法得到的拓扑量子单晶cu3teo6，所述拓扑量子单晶cu3teo6的尺寸为40×40×3mm³以上。

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请所提供的拓扑量子单晶cu3teo6的制备方法，采用pbcl2作为助熔剂，能长成大单晶，晶形完美，易于分离。

2)本申请所提供的拓扑量子单晶cu3teo6，单晶尺寸为40×40×3mm³

以上。

3)现有技术中制备拓扑量子单晶cu3teo6时，晶体生长方法通常为常规的固相法，得到晶体聚集成片，表层晶体下层是非晶相，不易分离，只能通过机械分离出晶体。通过本申请改进后的熔盐法，在铂金丝提拉晶体就已经实现分离，且通过调控降温速率，能够得到晶形更加完美，尺寸更加大的单晶。

附图说明

图1为本申请一种实施方式中得到的晶体的粉末衍射图谱；

图2为本申请一种实施方式中得到的晶体的照片。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

下面介绍较好的实施方式：

原料由cuo，teo2，pbcl2组成，其中pbcl2是作为助熔剂使用。按摩尔比为cuo:teo2:pbcl2＝1:0.9～1.5(优选1.12):0.2～0.4(优选0.375)称取原料并研磨混合均匀，装入铂金坩埚。将铂金坩埚放入熔盐炉中，调中，铂金丝绑在籽晶杆末端，把杆装在炉架上，调中，铂金丝要正对铂金坩埚中心，保证炉子，坩埚和籽晶杆在一条直线上，盖好炉盖。升温至860～950℃(优选950℃)，恒温1～4d(优选1～2d)，下铂金丝，以5～10℃/h(优选5～8℃/h)的速度降温进行晶体生长，确定饱和点为815～790℃，再升温至820℃，避免过饱和。回温到820℃后，再以0.01～0.05℃/h(优选0.02℃/h)的速度缓慢降温进行晶体生长，降至750～810℃,当晶体尺寸足够大粘住铂金坩埚之前，提起晶体，再以15℃/h的速度降至750℃，保温退火12～24h(优选12h)，再以30℃/h的速度降至室温。开炉取出晶体。

实施例中，x-射线粉末衍射分析采用日本rigaku-miniflex600粉末衍射仪(cu靶，λ＝0.154056nm，石墨单色仪)，具体测试条件为室温下，测量角度范围为10-80°，采用的步长为0.02°(2θ)，时间2s/step。

cuo，teo2，pbcl2均采用高纯度99.9％的原料。

实施例1

原料由cuo，teo2，pbcl2组成，其中pbcl2是作为助熔剂使用。按摩尔比为cuo:teo2:pbcl2＝1:1.12:0.375称取原料并研磨混合均匀，装入铂金坩埚。将铂金坩埚放入熔盐炉中，调中，铂金丝绑在籽晶杆末端，把杆装在炉架上，调中，铂金丝要正对铂金坩埚中心，保证炉子，坩埚和籽晶杆在一条直线上，盖好炉盖。升温至950℃，恒温1d，下铂金丝，以5℃/h的速度降温进行晶体生长，确定饱和点为815～790℃，再升温至820℃，避免过饱和。回温到820℃后，再以0.02℃/h的速度缓慢降温进行晶体生长，降至807℃晶体尺寸足够大时，提起晶体，再以15℃/h的速度降至750℃，保温退火12h，再以30℃/h的速度降至室温。开炉取出晶体。记作样品1#。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：按摩尔比为cuo:teo2:pbcl2＝1:0.9:0.2称；升温至860℃，恒温4d，下铂金丝，以8℃/h的速度降温进行晶体生长，确定饱和点为815～790℃，再升温至830℃，避免过饱和。回温到830℃后，再以0.05℃/h的速度缓慢降温进行晶体生长，降至790℃晶体尺寸足够大时，提起晶体，再以18℃/h的速度降至760℃，保温退火24h，再以40℃/h的速度降至室温。开炉取出晶体。记作样品2#。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：按摩尔比为cuo:teo2:pbcl2＝1:1.45:0.4称；升温至940℃，恒温2d，下铂金丝，以10℃/h的速度降温进行晶体生长，确定饱和点为815～790℃，再升温至825℃，避免过饱和。回温到825℃后，再以0.01℃/h的速度缓慢降温进行晶体生长，降至800℃晶体尺寸足够大时，提起晶体，再以12℃/h的速度降至740℃，保温退火20h，再以20℃/h的速度降至室温。开炉取出晶体。记作样品3#。

实施例4

分别对样品1#～3#进行xrd分析，分析结果显示样品1#～3#的结构均为单晶cu3teo6。

以样品1#为典型代表，将样品1#晶体采用x-射线粉末衍射，结果如图1所示，由图1可以看出，晶体的结构为单晶cu3teo6。晶体学数据如表1所示。

表1晶体学数据：

实施例5

分别对样品1#～3#进行尺寸测试，分析结果显示样品1#～3#的尺寸为40×40×3mm³以上。

以样品1#为典型代表，将样品1#进行尺寸测试，结果如图2所示，由图2可以看出，样品1#的尺寸为45×43×3mm³左右。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。