[发明专利]一种正交晶系晶体材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种正交结构Mn_xGe_y晶体及其制备方法，属于磁性材料的制备与应用领域，所述晶体的晶胞参数为所述晶体的空间群为Cmmm。本发明以单质金属元素锰、锗为原料，经原料混合、压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程最终制得正交相Mn_xGe_y单晶，其中，x为1‑2，y为8‑9，制备方法简单，制备周期短，且证实为Mn_xGe_y晶体为单相，无杂质及孪晶。另外单晶材料矫顽场较小，可以在弱磁场下作为增加磁通密度使用的软磁材料，居里温度高达322K，磁化强度可达到10～30emu/g，具有起始磁导率和最大磁导率都很大的优点，具备应用于软磁材料的技术参数，适宜应用到低频电磁元件中。

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，特别是涉及一种正交晶系晶体材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于金属硅化物具有丰富的晶体结构类型和新奇的物理化学性质，引起了科研人员的广泛研究兴趣。TM(T为过渡金属，M＝Si和Ge)为该体系的一个重要研究方向。常温常压下TM具有正交相(α相)，空间群为Pnma，空间群编号：62。另外TM还存在一个高温相(β相)，空间群为P213，空间群编号：198，为非中心对称结构。这些非中心对称的TM材料需要在高温(＞1200℃)甚至是高温高压的条件下才能制备出来，例如RhGe，制备条件为8万大气压和1700开的高温高压。

发现外尔费米子之外的新型手性费米子不仅是拓扑半金属领域上的突破，也可以为探索手性费米子相关的物理现象提供更多的途径，具有重要的科学研究意义和潜在的应用价值。近期，理论物理学家预言了多种类型的手性费米子以及相关的材料模型，但一直未能得到实验证实。在众多关于新型手性费米子的理论预言中，具有非中心对称结构的CoSi属于能带结构比较理想的材料。最近，中国科学院物理研究所的研究团队在上海光源通过角分辨光电子能谱技术从实验上观测到了CoSi的体态电子结构与表面态。

过渡金属锗化物TmGen(T为过渡族金属，5m/n0.2)具有丰富的电学和磁学性质以及在固态电子器件中的潜在应用，因此，引起了科研人员的广泛研究兴趣。过渡金属锗化物具有多种化学成分，包括T₃Ge、T₂Ge、T₅Ge₃、T₁₁Ge₈、TGe、TGe₂和TGe₄(T：过渡金属)。在这些锗化物中，含有超过67％Ge的化合物较少被研究。TGe₄为过渡金属富锗化合物中的一个重要体系。在化学元素周期表中，Ir和Rh属于同一个主族，这两种金属元素均可以与锗发生化学反应生成IrGe₄和RhGe₄。目前，文献报道的这两种化合物的晶体结构为：RhGe₄和IrGe₄具有三方结构(空间群为：P3121)。Mn-Ge体系可以根据原料配比的变化得到不同元素比例的合金，合金中Mn与Ge元素摩尔比可以在3-0.22，因制备温度与原料配比的不同而具有不同的晶体结构。目前上述贫锗的锰锗化物可以用助熔剂方法在高温炉(井式炉、箱式炉等)内生长，样品合成的压力为常压。高温高压合成法是制备新型Mn-Ge富锗化物的最佳方法之一，但文献已经报道的常压Mn-Ge二元相图中，Mn与Ge化学配比有Mn₃Ge、Mn₅Ge₂、Mn₂Ge、Mn₅Ge₃、Mn₃Ge₂，高温高压制备得到的Mn₃Ge₅近期被报道。

目前未能克服的难题是，实验室常见的高温炉无法为样品反应物提供一个高压(例如5GPa，约5万个大气压)的环境，通过常压高温的制备方法只能制备出贫锗的锰锗化物。