本發(fā)明涉及一種具有高自旋極化率的材料，特別涉及一種具有磁性連續(xù)變化的高自旋極化率材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)最偉大的成就就是微電子工業(yè)的崛起。迄今為止，不論集成電路或超大規(guī)模的集成電路中的半導(dǎo)體元器件，僅僅是利用電子具有電荷這一自由度，用電場(chǎng)控制載流子的運(yùn)動(dòng)，從而獲得特定的功能的。假如在半導(dǎo)體中進(jìn)行輸運(yùn)的載流子不是自旋無(wú)取向的，而是自旋極化的電子，那么便可同時(shí)利用電子具有電荷又具有自旋這兩個(gè)自由度，這樣一來(lái)，不僅可利用電場(chǎng)，而且可利用磁場(chǎng)來(lái)控制載流子輸運(yùn)。毫無(wú)疑問(wèn)，自旋自由度的添加，將會(huì)導(dǎo)致其價(jià)值難以估量的新型電子學(xué)器件的誕生，由此發(fā)展出一門新的學(xué)科——自旋電子學(xué)。早在80年代，荷蘭nijmegen大學(xué)的degroot等人對(duì)三元合金nimnsb和ptmnsb等化合物進(jìn)行計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種新型的能帶結(jié)構(gòu)，并稱這類化合物為半金屬磁性體。半金屬材料具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)：一個(gè)自旋方向的能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)金屬性，而另一個(gè)自旋方向能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)或半導(dǎo)體性質(zhì)，所以半金屬材料是以兩種自旋電子的行為不同為特征的新型功能材料。因此，半金屬材料研究的深入與突破將推動(dòng)自旋電子學(xué)應(yīng)用的巨大發(fā)展。半金屬材料在自旋閥、隧道結(jié)等磁電子器件中的應(yīng)用將使巨磁電阻器件在質(zhì)量和性能上邁上一新臺(tái)階。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)、成分和電子結(jié)構(gòu)相差比較大，半金屬材料與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)導(dǎo)致高自旋極化率被破壞。比如在隧道磁電阻tmr多層膜中，一般是[磁性體層/半導(dǎo)體層/磁性體層]多層膜結(jié)構(gòu)，tmr的大小主要取決于半導(dǎo)體層兩側(cè)磁性層兩側(cè)磁性層材料的電子自旋極化率的高低，自旋極化率越高tmr越大。目前人們開(kāi)發(fā)出來(lái)的最為適合作為這類磁性體層的材料是具有100％電子自旋極化的半金屬性材料，而到目前為止大多數(shù)半金屬性材料主要是氧化物、雙鈣鈦礦和heusler合金。而這些半金屬材料無(wú)論在成分上還是在晶格結(jié)構(gòu)上與目前常用的半導(dǎo)體材料，如si，ge，gaas等，都存在很大的差異，這就給人們?cè)趯?shí)際器件制備中帶來(lái)了很大的困難。比如，由于晶格結(jié)構(gòu)的巨大差異，這種結(jié)構(gòu)不匹配給過(guò)渡層的界面帶來(lái)各種缺陷，導(dǎo)致半金屬材料的自旋極化率非常低，難以發(fā)揮材料的本身性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有磁性連續(xù)變化的高自旋極化率材料及其制備方法，具有高匹配度的半導(dǎo)體和高自旋極化率的磁性連續(xù)變化的材料，其自旋極化率高達(dá)百分之百，從而解決半金屬/半導(dǎo)體復(fù)合材料的失配問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對(duì)不同磁性的需求而選擇不同的x值。

本發(fā)明的具有磁性連續(xù)變化的高自旋極化率材料，該材料化學(xué)式為：cofe1-xti1+xal，其中0＜x＜1；

進(jìn)一步，所述cofe1-xti1+xal的自旋極化率為100％，磁矩范圍是：0＜μb＜2.0；

進(jìn)一步，所述cofe1-xti1+xal的原材料均為純度大于99.99％的單質(zhì)金屬；

本發(fā)明的具有磁性連續(xù)變化的高自旋極化率材料的制備方法，包括以下步驟：

將cofe1-xti1+xal的原材料在惰性氣體保護(hù)和壓強(qiáng)為5×10^-3pa以下熔煉，然后在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理后迅速冷卻處理。

進(jìn)一步，熱處理的溫度為600～1200℃，保溫1～20天；

進(jìn)一步，所述惰性氣體為高純氬氣；

進(jìn)一步，所述熔煉的電流為50-200a；

進(jìn)一步，將熔煉后的產(chǎn)品被封入石英管中進(jìn)行熱處理，熱處理后快速淬火到冰水混合物中使其快速冷卻。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的具有磁性連續(xù)變化的高自旋極化率材料及其制備方法，具有高匹配度的半導(dǎo)體和高自旋極化率的磁性連續(xù)變化的材料，其自旋極化率高達(dá)百分之百，從而解決半金屬/半導(dǎo)體復(fù)合材料的失配問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對(duì)不同磁性的需求而選擇不同的x值，在制備該材料時(shí)，根據(jù)x的取值稱量原料。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1是實(shí)施例1得到的cofe0.9ti1.1al合金的計(jì)算能態(tài)密度(dos)曲線。

圖2是實(shí)施例2得到的cofe0.7ti1.3al合金的計(jì)算能態(tài)密度(dos)曲線。

圖3是實(shí)施例4得到的cofe0.3ti1.7al合金的計(jì)算能態(tài)密度(dos)曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

材料化學(xué)式為cofe0.9ti1.1al的磁性合金；根據(jù)化學(xué)式中的個(gè)成分比稱量原料，原料的純度均是大于99.99％的單質(zhì)金屬，將稱好的料盛放在電弧爐里的坩堝中，關(guān)閉腔體。開(kāi)啟設(shè)備前先打開(kāi)循環(huán)水冷卻，確認(rèn)水路暢通后打開(kāi)設(shè)備電源。先使用機(jī)械泵將爐腔內(nèi)真空抽至0.5pa以下，然后啟動(dòng)分子泵繼續(xù)抽至5×10^-3pa以下，然后關(guān)閉抽真空設(shè)備，再向爐腔內(nèi)充入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)始熔煉至各原料熔為一體。熔煉過(guò)程中，根據(jù)不同材料，電流一般控制在50a之間。為使樣品熔煉均勻，每個(gè)樣品都要翻三遍，熔煉四遍。熔煉所得的樣品部分被封入石英管中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理。在600℃下保溫1天后，將樣品快速淬火到冰水混合物中。

計(jì)算獲得的自旋極化率為100％，磁矩為0.293μb。其計(jì)算所得能態(tài)密度曲線見(jiàn)圖1.測(cè)量其自旋極化率和飽和磁化強(qiáng)度，獲得數(shù)值見(jiàn)表1。

實(shí)施例二

材料化學(xué)式為cofe0.7ti1.3al的磁性合金；根據(jù)化學(xué)式中的個(gè)成分比稱量原料，原料的純度均是大于99.99％的單質(zhì)金屬，將稱好的料盛放在電弧爐里的坩堝中，關(guān)閉腔體。開(kāi)啟設(shè)備前先打開(kāi)循環(huán)水冷卻，確認(rèn)水路暢通后打開(kāi)設(shè)備電源。先使用機(jī)械泵將爐腔內(nèi)真空抽至0.5pa以下，然后啟動(dòng)分子泵繼續(xù)抽至5×10^-3pa以下，然后關(guān)閉抽真空設(shè)備，再向爐腔內(nèi)充入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)始熔煉至各原料熔為一體。熔煉過(guò)程中，根據(jù)不同材料，電流一般控制在200a之間。為使樣品熔煉均勻，每個(gè)樣品都要翻三遍，熔煉四遍。熔煉所得的樣品部分被封入石英管中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理。在1200℃下保溫20天后，將樣品快速淬火到冰水混合物中。

計(jì)算獲得的自旋極化率為100％，磁矩為0.600μb。其計(jì)算所得能態(tài)密度曲線見(jiàn)圖2。測(cè)量其自旋極化率和飽和磁化強(qiáng)度，獲得數(shù)值見(jiàn)表1。

實(shí)施例三

材料化學(xué)式為cofe0.5ti1.5al的磁性合金；根據(jù)化學(xué)式中的個(gè)成分比稱量原料，原料的純度均是大于99.99％的單質(zhì)金屬，將稱好的料盛放在電弧爐里的坩堝中，關(guān)閉腔體。開(kāi)啟設(shè)備前先打開(kāi)循環(huán)水冷卻，確認(rèn)水路暢通后打開(kāi)設(shè)備電源。先使用機(jī)械泵將爐腔內(nèi)真空抽至0.4pa以下，然后啟動(dòng)分子泵繼續(xù)抽至5×10^-3pa以下，然后關(guān)閉抽真空設(shè)備，再向爐腔內(nèi)充入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)始熔煉至各原料熔為一體。熔煉過(guò)程中，根據(jù)不同材料，電流一般控制在120a之間。為使樣品熔煉均勻，每個(gè)樣品都要翻三遍，熔煉四遍。熔煉所得的樣品部分被封入石英管中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理。在800℃下保溫15天后，將樣品快速淬火到冰水混合物中。

計(jì)算獲得的自旋極化率為100％，磁矩為1.000μb。測(cè)量其自旋極化率和飽和磁化強(qiáng)度，獲得數(shù)值見(jiàn)表1。

實(shí)施例四

材料化學(xué)式為cofe0.3ti1.7al的磁性合金；根據(jù)化學(xué)式中的個(gè)成分比稱量原料，原料的純度均是大于99.99％的單質(zhì)金屬，將稱好的料盛放在電弧爐里的坩堝中，關(guān)閉腔體。開(kāi)啟設(shè)備前先打開(kāi)循環(huán)水冷卻，確認(rèn)水路暢通后打開(kāi)設(shè)備電源。先使用機(jī)械泵將爐腔內(nèi)真空抽至0.5pa以下，然后啟動(dòng)分子泵繼續(xù)抽至5×10^-3pa以下，然后關(guān)閉抽真空設(shè)備，再向爐腔內(nèi)充入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)始熔煉至各原料熔為一體。熔煉過(guò)程中，根據(jù)不同材料，電流一般控制在100a之間。為使樣品熔煉均勻，每個(gè)樣品都要翻三遍，熔煉四遍。熔煉所得的樣品部分被封入石英管中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理。在700℃下保溫5天后，將樣品快速淬火到冰水混合物中。

計(jì)算獲得的自旋極化率為100％，磁矩為1.400μb。其計(jì)算所得能態(tài)密度曲線見(jiàn)圖3。測(cè)量其自旋極化率和飽和磁化強(qiáng)度，獲得數(shù)值見(jiàn)表1。

實(shí)施例五

材料化學(xué)式為cofe0.1ti1.9al的磁性合金；根據(jù)化學(xué)式中的個(gè)成分比稱量原料，原料的純度均是大于99.99％的單質(zhì)金屬，將稱好的料盛放在電弧爐里的坩堝中，關(guān)閉腔體。開(kāi)啟設(shè)備前先打開(kāi)循環(huán)水冷卻，確認(rèn)水路暢通后打開(kāi)設(shè)備電源。先使用機(jī)械泵將爐腔內(nèi)真空抽至0.5pa以下，然后啟動(dòng)分子泵繼續(xù)抽至5×10^-3pa以下，然后關(guān)閉抽真空設(shè)備，再向爐腔內(nèi)充入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)始熔煉至各原料熔為一體。熔煉過(guò)程中，根據(jù)不同材料，電流一般控制在180a之間。為使樣品熔煉均勻，每個(gè)樣品都要翻三遍，熔煉四遍。熔煉所得的樣品部分被封入石英管中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行熱工藝處理。在1100℃下保溫18天后，將樣品快速淬火到冰水混合物中。

計(jì)算獲得的自旋極化率為100％，磁矩為1.797μb。測(cè)量其自旋極化率和飽和磁化強(qiáng)度，獲得數(shù)值見(jiàn)表1。

表1

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。