[发明专利]铁磁性半金属晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铁磁性半金属晶体及其制备方法、以及该铁磁性半金属晶体的应用。铁磁性半金属晶体的化学式如下：Cu_xZr_ySe₂，其中，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1。上述铁磁性半金属晶体通过ZrSe₂中掺杂Cu得到，其化学式为：Cu_xZr_ySe₂。通过分别对ZrSe₂和Cu_xZr_ySe₂进行磁性测量表明，ZrSe₂为抗磁性半导体，Cu_xZr_ySe₂为垂直磁场的铁磁性半金属。也就是说，通过在ZrSe₂中掺杂Cu，成功的将ZrSe₂由抗磁性变为铁磁性。

技术领域

本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种铁磁性半金属晶体及其制备方法，以及该铁磁性半金属晶体的应用。

背景技术

在过去的几十年中，二维(2D)层状过渡金属二羟基化合物(TMS)因其特殊的物理和电学性质而备受关注。这些材料具有完美的层状结构和可调谐的带隙，这使得它们在电子、光学、电化学和能量收集应用中成为理想的材。此外，在低维自旋电子存储器逻辑器件的最新发展中，人们致力于研究二维材料的磁性。已经有很多方法被用来有效地说服和影响二维材料中的磁状态，为它们在自旋电子学中的应用提供了前景。

近年来，人们对二维半导体TMD和过渡金属掺杂TMD的磁性进行了大量的理论和实验研究。在这些二维材料中，MoS₂、WS₂和SnS₂由于其特殊的结构和电子性质，是磁性研究的有利和有效的材料。为了在这些二维材料中诱导磁性，人们进行了许多尝试，如硫空位、掺杂、应变、辐照质子注入、产生缺陷和化学功能化，这也会影响它们的光学和电学性能。稀磁半导体(DMS)是自旋电子学器件的理想材料。出于这个目的，将磁性元素或过渡金属掺杂到主2D半导体中的想法，因此该材料同时具有半导体和磁性行为。

此外，2D-DMS由于层间电荷的限制，其它一些2D材料表现出了非凡的物理和电学性质。石墨烯具有优异的电性能和机械性能，在电池、超级电容器、太阳能电池、半导体器件以及自旋电子学等领域有着广阔的应用前景。最重要的是石墨烯的零带隙结构可以显示磁电阻、量子霍尔效应和自旋孕育的长距离色散，这对于量子信息存储和自旋电子学器件至关重要。因此，自旋极化电流和电荷-磁化耦合对于建立自旋电子器件是非常重要的，这可以在金属结构中找到。目前，半金属或半金属以及金属结构在自旋电子学中的应用引起了广泛的研究兴趣，因为它的一个自旋通道是金属的带结构，在费米能级附近有更多的自旋极化电子，这对自旋极化电流是慷慨的。因此，半金属或金属材料对自旋电子学的应用非常重要。

锆基二维材料具有稳定的层状结构，ZrSe₂引起了人们的广泛关注。然而，ZrSe₂为抗磁性半导体。

发明内容

基于此，有必要提供一种铁磁性半金属晶体及其制备方法。

此外，还有必要提供一种该铁磁性半金属晶体的应用。

铁磁性半金属晶体，化学式如下：

Cu_xZr_ySe₂，其中，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1。

铁磁性半金属晶体的制备方法，用于制备上述的铁磁性半金属晶体，包括如下步骤：

将铜粉、锆粉、硒粉和传输剂混合得到混合物，混合物中Cu：Zr：Se的摩尔比为x：y：2，0.02≤x≤0.1，0.9≤y≤0.98，0.975≤x+y≤1；以及