一种铁磁体及其制备方法和应用

本发明涉及材料科学和纳米，具体涉及一种铁磁体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自从石墨烯发现以来，一大批的二维(2d)材料迅速被人们相继发现，其中常见材料包括六方氮化硼、二维过渡金属硫族化合物(tmds)和金属卤化物。这些材料具有的优异物理和化学性质，在电子、光电子、自旋电子学和催化领域具备潜在应用。近年来，tmds由于其无带隙电子结构而引起了人们的极大兴趣。它们具有丰富的物理性质，包括磁性，电荷密度波和超导电性等等。总而言之，研究人员已经开发了一种化学气相沉积策略来合成不同厚度的二维单晶。例如，1t-crte2表现出层厚影响下的磁各向异性和居里温度(tc)。这为研究二维单晶独特的物理性质，并在二维极限下制造高温电磁器件提供了一种可行性方法。

2、虽然目前已有的tmds二维铁磁体的居里温度已经能达到室温，并且其中的部分具备磁各向异性，但是大部分tmds二维铁磁体难以实现可控制备，这严重阻碍了其进一步的基础研究和潜在的实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供了一种铁磁体及其制备方法和应用。

2、现有技术中绝大多数采取磁性元素的掺杂来获得或增强母相的铁磁性，但很少有研究使用非磁性元素掺杂来增强tmds的tc到室温以上。与磁性元素相比，非磁性元素可以有效避免其他磁性杂质的引入，并且在tmds中掺杂磁性元素和非磁性元素增强铁磁性和tc的物理机制在理论上完全不同。因此，探索非磁性元素掺杂下具备室温tc及磁各向异性的tmds可控制备方法，在实际应用和理论探索上显得尤为重要。

3、在第一方面，本发明提供一种铁磁体，包括mxcr1.5-xte2，其中，m占mxcr1.5-xte2原子比总数的百分比为a％，a％满足如下关系：

4、a％＝x/3.5×100％；

5、其中，a的取值范围为0＜a≤5；例如a为0.1、0.5、1、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.5、4、4.5、5或它们之间的任意值。

6、在一些实施方式中，x的取值范围为0＜x＜1.5；例如为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.4或它们之间的任意值。

7、在一些实施方式中，m包括非磁性元素，优选地，m选自铜元素、锌元素或铝元素中的一种或多种。

8、铬硫族化合物(crmxn，x为s、se和te)是一类具有强磁性有序的层状材料，近年来引起了学者们广泛的研究兴趣。其中实现crx’tey二维磁性材料在室温下的铁磁性具备很大挑战，以往的研究集中在向二维crx’tey材料中掺入磁性元素以增强铁磁性。然而引入磁性杂质使得物理机制变得复杂，从而在材料理论分析上造成困难，妨碍其实际应用。因此，本发明提出了一种通过有针对性地掺入非磁性元素来增强二维磁性材料铁磁性的新方法，以此实现室温下的稳定铁磁性。

9、在一些实施方式中，a的取值范围为1≤a≤3.5，优选为1.5≤a≤3，更优选为1.5≤a≤2.5。如果a的取值过大，会使铁磁体的居里温度(tc)下降。

10、在一些实施方式中，x的取值范围为0＜x＜1，优选为0＜x＜0.5，更优选为0＜x＜0.2。

11、在一些实施方式中，所述铁磁体具有片状形貌。

12、在一些实施方式中，所述铁磁体的面外方向矫顽力为30-100oe，例如为35oe、40oe、45oe、50oe、55oe、60oe、65oe、70oe、80oe、90oe、100oe或它们之间的任意值。

13、在一些实施方式中，所述铁磁体面内方向矫顽力为5-20oe，例如为7oe、9oe、11oe、13oe、15oe、17oe、19oe或它们之间的任意值。

14、在一些实施方式中，所述铁磁体的面外方向剩磁为0.1-10emu/g，例如为0.5emu/g、1emu/g、1.5emu/g、2emu/g、2.5emu/g、3emu/g、3.5emu/g、4emu/g、4.5emu/g、5emu/g、5.5emu/g、6emu/g、6.5emu/g、7emu/g、7.5emu/g、8emu/g、8.5emu/g、9emu/g、9.5emu/g或它们之间的任意值。

15、在一些实施方式中，所述铁磁体的面内方向剩磁为0.25-25emu/g，例如为0.5emu/g、1emu/g、5emu/g、10emu/g、15emu/g、20emu/g、25emu/g或它们之间的任意值。

16、在一些实施方式中，所述铁磁体的居里温度为310-350k。

17、在第二方面，本发明提供一种铁磁体的制备方法，包括如下步骤：

18、将m源、te粉、cr粉以及运输剂混合并进行反应。

19、在一些实施方式中，所述m源为非磁性材料。

20、在一下实施方式中，所述m源选自铜单质、锌单质、铝单质中的一种或多种。

21、在一些实施方式中，所述te粉、cr粉的摩尔比为(0.5-2):1；例如为0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或它们之间的任意值。

22、在一些实施方式中，所述te粉、cr粉的摩尔比为(0.5-1):1。

23、在一些实施方式中，cr粉、m源的摩尔比为1:(0.01-0.5)，例如为1:0.1、1:0.15、1:0.2、1:0.25、1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5或它们之间的任意值。

24、在一些实施方式中，所述运输剂选自碘。

25、在一些实施方式中，所述运输剂的用量为te粉质量的25-40％，例如为25％、27％、29％、31％、33％、35％、37％、39％或它们之间的任意值。

26、在一些实施方式中，所述反应在真空条件下进行。

27、在一些实施方式中，所述反应在石英安瓿管中进行。

28、在一些实施方式中，所述反应的温度为800-1000℃；例如为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃或它们之间的任意值。

29、在一些实施方式中，所述反应的升温速率为1-5℃/min，例如为1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min或它们之间的任意值。

30、在一些实施方式中，所述反应的时间为5-10天，例如为5天、6天、7天、8天、9天、10天或它们之间的任意值。

31、在第三方面，本发明提供一种第一方面所述的铁磁体或第二方面所述的制备方法得到的铁磁体在磁存储器件和/或自旋电子器件中的应用，特别是在自选效应晶体管器件中的应用。

32、与现有技术相比，本发明具有如下优异效果：

33、(1)本发明通过向cr1.5te2铁磁性材料中掺入非磁性材料，可以有效增强其室温下稳定铁磁性；突破了传统二维材料低温铁磁性的限制，并确认非磁性元素掺杂在实现室温铁磁性方面的有效性。并为其在磁存储器件和自旋电子器件中的应用提供了技术支持。

34、(2)本发明的材料制备简便：采用化学气相传输法，制备过程相对简单，提高了材料的可制备性。通过sem、stem等多种表征方法，确保了材料合成的真实性。验证了掺杂片状样品中非磁性元素的存在，并确定了非磁性元素与te、cr原子的比例。利用l-tem、vsm等磁性测量，得出材料具有室温以上的居里温度，在室温下材料稳定性良好，为其在自旋电子学领域提供了广阔应用前景。例如，可以将其用于制备自旋场效应晶体管(spin field-effect transistors，sfets)等器件，实现在室温下的自旋电子传输。其在自旋电子学中的应用有望推动下一代电子器件的发展。