[发明专利]一种双钙钛矿型自旋电子学材料Sr2FeReO6的制备方法

说明书

本发明公开一种双钙钛矿型自旋电子学材料Sr2FeReO6的制备方法，包括第一步，将碳酸锶、九水合硝酸铁、七氧化二铼原材料溶于稀硝酸中，加入络合剂和分散剂并搅拌形成溶胶；将溶胶于60~80℃加热搅拌，直至形成凝胶，100~300℃烘干制成干凝胶；将干凝胶研磨5~20分钟后，用5~15 MPa的压力压制成片，放入刚玉坩埚中在管式炉中于1000~1100℃氩气气氛下烧结24小时，冷却到室温后研磨压片，1000~1100℃氩气气氛烧结24小时，得到双钙钛矿型自旋电子学材料Sr2FeReO6。

技术领域

本发明涉及一种双钙钛矿型自旋电子学材料Sr2FeReO6的制备方法，属于纳米电子器件材料技术领域。

背景技术

半进入21世纪以来，随着微电子器件特征尺寸不断缩小及其集成化的迅速提高，电子的量子效应使得半导体器件不断接近其物理极限，后摩尔时代的新型微电子器件成为研究的热点。为了提升信息存储和处理能力，发展可替代的高速、低功耗信息技术迫在眉睫。目前，人们已经提出了多种新思路和方法，例如分子电子学、纳米电子学、自旋电子学以及量子信息技术；其中自旋电子学被认为是最具前景的一个，在世界范围内受到广泛研究。在这种新型器件中, 不但电子的电荷, 而且电子的自旋自由度也被用作传递信息的载体。与传统基于电荷自由度的电子学器件相比较, 自旋电子学器件具有以下优点：(1) 响应速度更快（传统半导体器件中电子的运动速度受到能量色散的限制, 而自旋电子器件基于电子自旋方向的改变以及自旋电子之间的耦合, 可以实现更快的逻辑状态变化速度）； (2)集成度更高（自旋电子器件的特征尺度在原子尺度, 且输运中只有自旋电流而没有电荷电流, 这就使得热的产生和排放为零, 可显著提高集成密度）。因此，利用和控制自旋极化的电子输运过程为核心的自旋电子学也应运而生并显示出蓬勃的生机。虽然自旋电子学器件具有很多潜在的优势，然而目前自旋电子学器件也面临三大挑战:（1）要求材料具有较高的自旋极化率，能够产生完全自旋极化的载流子和及其注入能力，（2）自旋的长程输运，（3）自旋方向的调控和探测。这些问题的解决不仅依赖于器件制造工艺的优化和发展，而且也需要有针对性地研发新型自旋电子材料。由于在材料中产生自旋极化电流是实现自旋电子器件的首要条件，因而研发高自旋极化率材料是这一切的基础和关键。近年来，物理、信息、材料科学领域大量的研究工作主要集中在自旋极化新材料的探索，人们先后探索了多种新型自旋电子学材料，如铁磁金属、半金属、磁性半导体、拓扑绝缘体等。通常说来，实用型自旋电子学材料应该具有和室温可比或者高于室温的磁有序温度，同时具有较大的电子自旋极化率。

在众多自旋电子学的候选材料中，半金属 (half-metal, HM)材料受到人们的广泛关注。这归因于半金属材料在拥有特殊的电子结构，即一个自旋通道呈金属性，另一个自旋通道呈半导体或绝缘体特性。这种特殊的能带结构使得半金属材料能够提供100%自旋极化率的载流子（远超一般铁磁金属及其合金10% - 40%自旋极化率），被视为理想的自旋电子学材料。高的电子自旋极化率使得半金属材料在自旋阀、隧道结、自旋场效应晶体管、自旋共振隧穿器件等磁电子学器件中呈现出十分诱人的应用前景，因此，半金属材料在自旋电子学领域占有重要的地位。

值得注意的是，双钙钛矿结构氧化物在半金属概念的实现和发展中扮演着重要的角色。它们不仅具有简单的晶体结构而且拥有庞大的家族成员，使其已成为多种自旋电子学材料的摇篮。双钙钛矿结构Sr2FeReO6由于其磁性居里温度高(Tc = ~ 500 K)、电学特性多样化、具有隧穿磁电阻效应和载流子自旋极化等特性而特别引人注目。此外，B位为3d和5d过渡金属离子的Sr2FeReO6双钙钛矿结构氧化物具有丰富的电子结构和复杂的磁性结构，这是因为3d电子的强局域化与非定域的5d电子之间具有很强的相互作用。因此，在Sr2FeReO6体系中存在许多与电荷、自旋和轨道之间的耦合有关的问题，具有丰富的物理内涵，这为揭示多电子系统中的电子强关联相互作用、电子输运和自旋排列等特定属性提供了良好的研究体系。