[发明专利]一种半金属Heusler合金材料Co2Fe(Si1-xBx)

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，提供了一种半金属Heusler(霍伊斯勒)合金材料，具有百分之百的自旋极化率和高居里温度。该材料可以作为铁磁层应用于自旋阀或磁隧道结中，能够获得高磁电阻效应，进而实现超高存储密度，将被广泛应用于磁传感器或磁存储器等器件中。

背景技术

半金属是一类在费米面附近具有单自旋态的材料，因此它们具有100％的自旋极化率，是良好的铁磁性材料。近年来，具有半金属特性的Heusler合金材料逐渐成为半金属材料中的研究热点，国际学术界对半金属型Heusler合金的研究集中在巨热电势效应、磁制冷和形状记忆合金等方面，最近，Heusler合金被作为铁磁层应用在自旋阀和磁隧道结中，获得了高磁电阻效应，开辟了一个崭新的研究方向。实验证明，将Co₂FeAl、Co₂CrAl、Fe₂MnAl、Fe₂CrAl等多种半金属Heusler合金材料应用于磁隧道结中，均可以获得较高的隧道磁电阻效应[K.Inomata et al.，Journal of Magnetismand Magnetic Materials 282，269(2004)，S.Okamura et al.，J.Appl.Phys.96，6561(2004)，S.Okamura et al.，Appl.Phys.Lett.86，232503(2005)，K.Inomata et al.，J.Phys.D 39，816(2006)]。最新的研究成果表明，在Co₂FeAl材料中，以部分Si取代Al位置后，可以得到Heusler合金Co₂FeAl_0.5Si_0.5，该材料应用于磁隧道结中磁电阻性质有显著提高，其室温隧道磁电阻效应高达175％，在高温500℃下仍然具有良好的结构稳定性[N.Tezuka，N.Ikeda，S.Sugimoto and K.Inomata，Appl.Phys.Lett.89，252508(2006)]。

目前人们仍在努力开发新型半金属型Heusler合金材料，使其不但具有100％自旋极化率，并且在费米面附近的次自旋带隙更宽，进而使其在自旋阀或磁隧道结中应用时能够获得更高的磁电阻效应，最终满足高灵敏度和存储密度的磁传感器和磁存储器的使用要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种半金属Heusler合金材料Co₂Fe(Si_1-xB_x)，以获得一种高居里温度和100％自旋极化率的铁磁性材料，使其在自旋阀和磁隧道结中作为铁磁层应用时，提高器件的磁电阻效应，并最终实现超高磁存储密度。

一种半金属Heusler合金材料，其原子组分为Co₂Fe(Si_1-xB_x)(0＜x≤1)，晶体结构为L2₁或B2型Heusler合金结构。在Heusler合金的X₂YZ构型中，Co占据X位置，Fe占据Y位置，Si和B共同占据Z位置。当合金呈B2型结构时，少量Y、Z位置的原子发生混乱占据。利用B元素掺杂比例“x”调节该半金属材料费米面附近次自旋电子带隙的位置，使其费米面位于次自旋电子的带隙中，从而实现100％自旋极化率和高居里温度。

本发明的优点在于：半金属材料Co₂Fe(Si_1-xB_x)在0＜x≤1范围内为100％自旋极化，通过调节B元素的掺杂比例，可以调节费米面的位置，使其位于次自旋电子带隙的中心，使材料同时具有高自旋极化率和高居里温度。因此它在自旋阀或磁隧道结中应用时能够获得更高的磁电阻效应，满足高灵敏度和存储密度的磁传感器和磁存储器的使用要求。

具体实施方式

发明人根据上述材料的组分和结构，分别采用磁控溅射和固相反应法制备了下列12种Co₂Fe(Si_1-xB_x)半金属材料，其特点是B元素的比例为0＜x≤1，晶体结构为L2₁或B2型，在Heusler合金的X₂YZ构型中，Co占据X位置，Fe占据Y位置，Si和B共同占据Z位置。在B2型结构中，少量Y、Z位置的原子发生混乱占据。