一种室温磁性半导体、制备方法及应用

本申请涉及磁性半导体，特别涉及一种室温磁性半导体、制备方法及应用。

背景技术：

1、磁性半导体是同时具有半导体特性和磁性的材料，是可综合利用载流子电荷和自旋自由度的桥梁材料，是构筑磁、电、光一体新型半导体量子器件的关键，尤其是利用其自旋自由度实现信息的一体化存储和处理，被认为是下一代信息技术的重要组成部分。磁性半导体是“后摩尔”时代半导体材料和技术探索的一个重要领域，但是，磁性半导体能否获得实际应用，最关键的一点是其需要具有高于室温的磁性转变温度(对铁磁半导体来说是其居里温度)，所以室温磁性半导体是学术界和工业界长期追寻的新一代信息技术材料。

2、传统磁性半导体材料的磁性居里转变温度大多远低于室温，研究人员不断尝试通过制备新结构材料等方式实现磁性转变温度高于室温的、有实际应用的室温/高温磁性半导体，但是，如何实现这一目标是学术界和工业界所面临的巨大挑战之一。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种室温磁性半导体、制备方法及应用，得到的大尺寸单晶半导体具有典型半导体特性和室温磁性。

2、第一方面，提供了一种室温磁性半导体的制备方法，其包括如下步骤：

3、将磁性过渡族金属元素的卤化物与锡单质和硒单质放入反应容器中，抽真空或者充满惰性保护气体后放入加热炉中，将炉温升至第一温度，以熔融成熔体；

4、对所述熔体进行控温，以使其两端形成预设温度梯度；

5、保持该预设温度梯度，按照预设冷却速度，将炉温从所述第一温度降低至第二温度，之后随炉冷却至室温，取出，即得室温磁性半导体。

6、一些实施例中，磁性过渡族金属元素包括钒v、铬cr、锰mn、铁fe、钴co和镍n i中的一种或几种。

7、一些实施例中，卤化物包括碘化物、溴化物和氯化物中的一种或几种。

8、一些实施例中，磁性过渡族金属元素的卤化物为碘化亚铁fei2。

9、一些实施例中，第一温度为930℃～980℃；

10、和/或，预设温度梯度为0.5℃/cm～1.0℃/cm的温度梯度；

11、和/或，预设冷却速度为1.0℃～2.0℃/h；

12、和/或，第二温度为300℃～450℃。

13、一些实施例中，锡单质和硒单质的物质的量比为1:1；

14、和/或，磁性过渡族金属元素在室温磁性半导体中的原子比为0.5％～5％。

15、一些实施例中，抽真空后的真空度高于5×10-5torr；

16、和/或，惰性保护气体包括氩气、氦气中的一种或几种；

17、和/或，所述反应容器采用石英管或者耐高温陶瓷容器；

18、和/或，反应容器倾斜布置，以使熔体聚集于反应容器的一端。

19、第二方面，提供了一种室温磁性半导体，其采用如上任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备而成。

20、第三方面，提供了一种如上任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备得到的室温磁性半导体在磁电耦合器件中的应用。

21、第四方面，提供了一种如上任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备得到的室温磁性半导体在范德华异质结中的应用。

22、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

23、本申请利用温度梯度熔融结晶生长方法，将低熔点的磁性过渡族金属元素的卤化物作为磁性掺杂前驱体，在snse晶体中均匀掺杂磁性过渡族金属原子，从而实现大尺寸单晶室温磁性半导体的制备。

24、相对于传统的磁性半导体制备方法，比如分子束外延、粉末固态反应、电弧熔炼、氧化含磁性元素的非晶金属合金等，难以获得大尺寸的高质量单晶，本制备方法简单高效，可实现工业规模的大尺寸高质量室温磁性半导体单晶制备。

25、采用本申请制备的室温磁性半导体，其具有典型半导体特性和室温磁性。

26、大尺寸高晶相特性使室温磁性半导体可以提供理想材料平台，以探索二维极限尺度的磁性，室温磁性半导体作为材料基元为今后制备室温自旋电子学器件提供了材料基础。

技术特征：

1.一种室温磁性半导体的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：磁性过渡族金属元素包括钒v、铬cr、锰mn、铁fe、钴co和镍ni中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：卤化物包括碘化物、溴化物和氯化物中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：磁性过渡族金属元素的卤化物为碘化亚铁fei2。

5.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：

6.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：

7.如权利要求1所述的室温磁性半导体的制备方法，其特征在于：

8.一种室温磁性半导体，其特征在于：其采用如权利要求1至7任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备而成。

9.一种如权利要求1至7任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备得到的室温磁性半导体在磁电耦合器件中的应用。

10.一种如权利要求1至7任一所述的室温磁性半导体的制备方法制备得到的室温磁性半导体在范德华异质结中的应用。

技术总结
本申请涉及一种室温磁性半导体、制备方法及应用，其包括如下步骤：将磁性过渡族金属元素的卤化物与锡单质和硒单质放入反应容器中，抽真空或者充满惰性保护气体后放入加热炉中，将炉温升至第一温度，以熔融成熔体；对所述熔体进行控温，以使其两端形成预设温度梯度；保持该预设温度梯度，按照预设冷却速度，将炉温从所述第一温度降低至第二温度，之后随炉冷却至室温，取出，即得室温磁性半导体。本申请制备的室温磁性半导体，其具有典型半导体特性和室温磁性。

技术研发人员：曹立民,梅光强,丰敏
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17