[发明专利]一种铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜，其特征在于：具有两个石墨烯-铁磁外延界面，包括石墨烯层（3）以及分别位于石墨烯层（3）上、下表面的第二异质铁磁层（4）和第一异质铁磁层（2），所述石墨烯层（3）利用第一异质铁磁层（2）晶体表面势场在第一异质铁磁层（2）上直接外延生长得到，所述第二异质铁磁层（4）利用第一异质铁磁层（2）晶体表面势场在石墨烯层（3）上跨界诱导外延生长得到；

所述第一异质铁磁层（2）和/或第二异质铁磁层（4）为具有单晶结构特性且与石墨烯晶格常数相匹配的铁磁材料层；所述第二异质铁磁层（4）的铁磁材料晶格对称性与第一异质铁磁层（2）的铁磁材料晶格对称性一致;

铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜由以下步骤制备得到：

S1、在经过预处理且具有六角晶格属性的绝缘基底（1）上生长第一异质铁磁层（2）；

S2、对第一异质铁磁层（2）进行预处理，使第一异质铁磁层（2）单晶化；所述步骤S2中，所述预处理为退火处理，保护气氛为氢气和惰性气体的混合气体，温度为800～1000℃，时间为0.5～2h；

S3、以单晶化的第一异质铁磁层（2）为金属催化衬底，将金属催化衬底置于化学气相沉积系统中，在惰性气体、氢气和碳源气体的保护氛围下，于750～950℃温度下，利用第一异质铁磁层（2）的晶体表面势场，在第一异质铁磁层（2）上直接诱导外延生长石墨烯层（3），得到铁磁/石墨烯异质外延薄膜；

S4、利用第一异质铁磁层（2）晶体表面势场，在石墨烯层（3）上跨界诱导外延生长第二异质铁磁层（4）；所述步骤S4中，采用电子束蒸发法在石墨烯层（3）上诱导外延生长第二异质铁磁层（4）；生长过程中，真空度小于5×10^-4 Pa，基底温度为320℃，沉积速率为0.05～0.5 nm/s；

S5、对第二异质铁磁层（4）进行退火处理，使第二异质铁磁层（4）单晶化，得到铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜；所述步骤S5中，所述退火处理时，绝缘基底的温度为400～500℃，时间为0.5～2h。

2.根据权利要求1所述的铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜，其特征在于：所述铁磁材料为镍或钴。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜，其特征在于：所述石墨烯层（3）为单层。

4.一种根据权利要求1至3中任一项所述的铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在经过预处理且具有六角晶格属性的绝缘基底（1）上生长第一异质铁磁层（2）；

S2、对第一异质铁磁层（2）进行预处理，使第一异质铁磁层（2）单晶化；所述步骤S2中，所述预处理为退火处理，保护气氛为氢气和惰性气体的混合气体，温度为800～1000℃，时间为0.5～2h；

S3、以单晶化的第一异质铁磁层（2）为金属催化衬底，将金属催化衬底置于化学气相沉积系统中，在惰性气体、氢气和碳源气体的保护氛围下，于750～950℃温度下，利用第一异质铁磁层（2）的晶体表面势场，在第一异质铁磁层（2）上直接诱导外延生长石墨烯层（3），得到铁磁/石墨烯异质外延薄膜；

S4、利用第一异质铁磁层（2）晶体表面势场，在石墨烯层（3）上跨界诱导外延生长第二异质铁磁层（4）；所述步骤S4中，采用电子束蒸发法在石墨烯层（3）上诱导外延生长第二异质铁磁层（4）；生长过程中，真空度小于5×10^-4 Pa，基底温度为320℃，沉积速率为0.05～0.5 nm/s；

S5、对第二异质铁磁层（4）进行退火处理，使第二异质铁磁层（4）单晶化，得到铁磁/石墨烯/铁磁异质外延薄膜；所述步骤S5中，所述退火处理时，绝缘基底的温度为400～500℃，时间为0.5～2h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，采用电子束蒸发法在绝缘基底（1）上生长第一异质铁磁层（2）；生长过程中，真空度小于5×10^-4 Pa，绝缘基底的温度为室温至600℃，沉积速率为0.05～0.5 nm/s。