[发明专利]一种PtBi2单晶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及PtBi₂材料及其制备领域，具体涉及一种PtBi₂单晶及其制备方法和应用。

背景技术

巨磁电阻(也常简称巨磁阻)材料是指在外磁场的作用下电阻发生显著变化的一类功能性材料,当该类材料的电阻随外磁场的变化十分巨大时,也被称为超磁电阻材料。由于它们在电磁器件如磁头、磁传感器、磁开关、磁记录以及磁电子学等方面具有巨大的应用前景，因此引起了人们极大的兴趣，对它的研究近年来已成为物理学和材料化学的一个前沿领域。

巨磁电阻材料不仅可以被利用来扩大磁储存装置读写头的敏感度，如：磁储存，硬盘；还可以开发出新的自旋电子学器件。常规磁阻通常在非磁性化合物和化学元素中发现，它是一个非常微弱的效应，通常只有百分之几的变化量级。通常，导体在磁场作用下，其磁阻与磁场呈平方关系，而且在相对低的磁场下就会饱和，一般磁阻都比较小。在磁信号探测器方面的应用特别需要在室温附近的线性巨磁电阻效应。

目前主要的用来解释线性磁电阻的两个模型为量子模型(A.A.Abrikosov, Sov.Phys.JETP 29,746(1969)；A.A.Abrikosov,Phys.Rev.B 58,2788(1998)；A. A.Abrikosov,EPL 49,789(2000).)和经典模型(M.M.Parish and P.B.Littlewood, Nature 426,162(2003).)。量子模型认为量子线性磁阻在量子极限下出现，此时所有电子都填充在最低的朗道能级。经典的线性磁阻是由无序导致，可能出现在高无序系统，甚至低无序高迁移率的系统，以及薄膜和量子Hall系统中。量子模型常应用于具有零能隙以及线性色散的材料系统中，如拓扑绝缘体、石墨烯、狄拉克半金属SrMnBi₂以及铁基超导母体。经典线性磁阻模型常应用于非均匀的InSb、拓扑绝缘体、石墨烯、以及狄拉克半金属Cd₃As₂中。非常有趣的是经典线性磁阻效应也经常出现在具有线性色散关系的材料中，这或许是由于它们的高迁移率。在高迁移率的样品中即使小的无序也可以导致线性磁阻。当载流子浓度太大以至于不可能达到量子极限时，在无需系统中线性磁阻可能能够被经典模型描述。

对于PtBi₂材料大约上世纪50-60年代，国外已有报道成功合成PtBi₂材料 (T.Biswas,and K.Schubert,Journal of the Less Common Metals 19,223 (1969).)，但是至今未有制备出PtBi₂单晶的报道，尚未有对PtBi₂单晶中存在巨磁阻效应以及作为巨磁阻材料应用的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，提供一种新型的PtBi₂单晶及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案实现:一种PtBi₂单晶，该晶体为六方晶系，其空间群为P-3(No.147)，晶胞参数为：α＝β＝90°,γ＝ 120°，晶胞体积为：2.3×10^-28m³。本发明第一次制备出PtBi₂单晶。

本发明还提供一种制备PtBi₂单晶的方法，包括如下步骤：

1)将Pt和Bi以摩尔比1:7.5～8.5在氩气气氛中进行研磨，得到混合粉末；

2)将上述混合粉末置于真空容器中，在温度1223～1323K下煅烧500～700 min；

3)然后降温至823～923K，离心得到PtBi₂单晶。

本发明通过Pt和Bi在高温熔融状态发生固相反应，合成新的PtBi₂单晶。高温煅烧使Pt和Bi充分反应生成PtBi₂，并充分熔解在以Bi做自助熔剂的液体中。通过缓慢降温，使晶粒缓慢析出，并生长成大的单晶。再通过离心将单晶与助熔剂分离，最终得到PtBi₂单晶。

作为改进，所述的Pt和Bi均为单质粉末，单质粉末的粒径小于10μm。粉末状的Pt和Bi便于研磨，使得混合更加均匀。

作为改进，所述的研磨时间为20～40min。使得Pt和Bi颗粒尽可能细，混合更加均匀，加速了固相反应的进行。