基本信息
- 项目名称：
- 稀土RE（Dy、Nd）-Sn-Te稀磁半导体材料的合成工艺与相平衡研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本实验采用粉末冶金法和石英管封装法等新工艺制备试样，解决了RE(Dy、Nd)-Sn-Te体系稀磁半导体材料难以熔炼的问题；并对其相结构、相平衡等进行系统的基础研究，结合磁电子学和自旋电子学的有关知识分析磁、电等相关物理性能，研究磁电子学在RE-Sn-Te稀磁半导体中的应用。
- 详细介绍：
- 稀释磁性半导体材料兼备常规半导体材料和磁性材料的优越性，被认为是21世纪最重要的电子学材料之一，应用前景广阔。该作品在充分调研国内外稀磁半导体材料的研究现状的基础上，结合磁电子学的知识分析了稀磁半导体材料的物理性质、特点及材料的制备方法；制定了石英管封装法和粉末冶金法等方法合成RE（Dy、Nd）-Sn-Te体系合金样品的制备工艺；并通过对所做的样品进行XRD、DTA、SEM等测试结果分析表明：用该工艺制备的样品基本达到相平衡，满足相图和相结构研究的试验要求。对RE-Sn-Te体系稀磁半导体材料的相平衡研究为相关材料的设计提供了基础数据，为开发新型及高性能的稀磁半导体材料及其制备工艺，改善稀磁半导体的磁、电等性能提供理论指导与科学依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 论述探讨RE(Dy、Nd)-Sn-Te稀磁半导体材料的合成工艺及相平衡研究过程，为开发新型及高性能的稀磁半导体材料，提供理论指导与科学依据。基本思路是：了解磁电子学和稀磁半导体材料发展的历史、前景及意义，明确制备RE(Dy、Nd)-Sn-Te材料的难点，用粉末冶金法和石英管封装法等突破难点的新工艺制备试样，运用XRD、DTA、SEM等技术研究试样的相结构，相组成和相关系以及相关性能。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品的切入点是当今磁电子学和稀磁半导体材料领域研究的热点之一；所运用XRD、DTA、SEM等是先进的技术；本实验采用粉末冶金法和石英管封装法等新工艺制备试样，解决了RE(Dy、Nd)-Sn-Te体系稀磁半导体材料难以熔炼的问题；并对其相结构、相平衡等进行系统的基础研究，结合磁电子学和自旋电子学的知识分析磁、电等相关物理性能，研究磁电子学在RE-Sn-Te稀磁半导体中的应用。
应用价值和现实意义
- 稀磁半导体材料（DMS）兼具半导体材料和磁性材料的双重特性，被认为是21世纪最重要的电子学材料之一，在信息处理、通信、磁记录以及自旋极化电流注入和量子计算机的逻辑电路等领域有广阔的应用前景。本课题确定了RE-Sn-Te稀磁半导体系统的相存在、相结构、相平衡关系，尝试从自旋电子学角度对其相关的物理性质进行探索，所获得相关的基础理论数据以及材料制备工艺，为相应体系的研究，开发和应用提供参考依据。
学术论文摘要
- 本文探讨了利用石英管封装法和粉末冶金法等方法合成RE（Dy、Nd）-Sn-Te体系合金样品的制备工艺。通过对所获得的样品进行XRD、DTA、SEM等测试结果分析表明，采用该工艺制备的样品达到了相平衡，可满足相图和相结构研究的试验要求。实验测定了Dy-Sn-Te三元体系室温下富Te角(Te≥50 at.%)的等温截面和Nd-Sn-Te三元体系富Te角室温的部分等温截面相图。Dy-Sn-Te三元体系富Te角(Te≥50 at.%)存在5个三相区，分别为：Te+SnTe+DyTe3, DyTe3+SnTe+Dy4Te9，DyTe1.75+SnTe+Dy4Te9，Dy2Te3+SnTe+DyTe1.75，和DyTe+(Sn,Dy)Te+Dy2Te3；Nd-Sn-Te三元体系富Te角室温的部分等温截面的两个三相平衡区域为：SnTe＋Te＋NdTe3及SnTe＋NdTe＋Nd2Te3。此外，确定了Dy 在SnTe中的固溶度大概为9 at.%。样品Sn1−xDyxTe (x = 0.02, 0.04, 0.06,0.08)的晶格常数随着Dy的含量的增加而减小。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]焦正宽，曹光旱主编.磁电子学.浙江：浙江大学出版社（2005）. [2]王颖，湛永钟，许艳飞，喻正文.材料导报. 2007, 21(7). 20-22 [3]刘林生，刘肃 ，王文新 ，赵宏鸣 ，刘宝利 ，蒋中伟 ，高汉超 ，王佳 ，陈 弘 ，周均铭.电子器件, 2007,30(3):1125-1128 [4] Bednarski H, Cisowski J, Portal J C. J Magn Magn Mater, 2003,261(1-2): 172 [5] Matsuda Y H, Miura N, Kuroda S, et al. Physica B, 2001, 294-295: 467 [6] Fukuma Y, Nishimura N, Asada H, et al. Physica E, 2001, 10(1-3): 268 [7] Isber S, Misra S K, Charar S, et al. Phys Rev B, 1997, 56(21): 13724 [8] Yongzhong Zhan, Jianbo Ma, Guanghua Zhang, Zhaohua Hu, Chunhui Li, Journal of Alloys and Compounds xxx (2008) xxx–xxx
同类课题研究水平概述
- 当前用于制备稀磁半导体的基质包括Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族、Ⅱ-Ⅴ族及Ⅲ-Ⅴ族化合物，通过Mn、Fe、Co和稀土等的磁性阳离子替代而形成A1-xMxB型DMS混晶。它由组分为普通化合物半导体AB和组分为磁性半导体MB组成，其中M为过渡金属或稀土金属。通过在Ⅳ-Ⅵ族化合物中掺入磁性阳离子而制成的Pb1-xMnxTe、Pb1-xEuxTe等DMS具有禁带宽度大、激光谱线极窄和易调谐等优点，在大于3μm波段的超低损耗光纤通信领域有着不可替代的优势，已逐渐引起人们的重视。 最近几年国内外对（Ga，Mn）As，（In，Mn）As和MnGe系进行了广泛深入的研究，呈现许多可能对磁电子学应用有重要影响的奇异磁性和输运特性。但是从实用化的角度看，其主要障碍是居里温度偏低。 近年来，发现以Te-Sn、Te-Ge体系为基质的化合物具有一系列新颖的磁光、磁输运特性，写/擦迅速的可逆相变光存储特性，以及自由载流子的RKKY间接交换作用所导致的铁磁性和自旋玻璃相形成；同时，由于Ⅳ-Ⅵ族化合物介电常数较高而可采用射频磁控溅射等常规制备方法来实现完好的铁磁有序，能制备出具有新奇磁、光性能的半导体，因此其DMS的研究成为电子材料领域的热点之一。 到目前为止，关于添加稀土元素对Ⅳ-Ⅵ族半导体磁光效应、磁输运和自旋共振隧穿等特性的影响的研究报道还很少。同时，由于Te-Ge、Te-Sn体系还是可逆相变光存储的重要材料，对RE( Dy、Nd )-Sn-Te体系合金相平衡的研究也将对此类材料的研究具有重要的指导意义。 [1]焦正宽，曹光旱主编.磁电子学.浙江：浙江大学出版社（2005）. [2]王颖，湛永钟，许艳飞，喻正文.材料导报. 2007, 21(7). 20-22 [3]刘林生，刘肃 ，王文新等.电子器件, 2007,30(3):1125-1128 [4] Bednarski H, Cisowski J, Portal J C. J Magn Magn Mater, 2003,261(1-2): 172 [5] Matsuda Y H, Miura N, Kuroda S, et al. Physica B, 2001, 294-295: 467
