Ферромагнитный полупроводниковый материал с высокой температурой кюри

 

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к тройным теллуридам железа и индия, которые могут найти применение как ферромагнитные материалы при создании постоянных магнитов, а также в многофункциональных приборах и интегральных схемах. Предложен новый ферромагнитный полупроводниковый материал с высокой температурой Кюри, представляющий собой тройное соединение теллурида индия и железа формулы InFeTe₃. Для соединения InFeTe₃ температура Кюри равна 773 К. Уникальное сочетание полупроводниковых и ферромагнитных свойств делает его перспективным материалом для широкого практического использования. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к тройным теллуридам железа и индия, которые могут найти применение как ферромагнитные материалы при создании постоянных магнитов, а также в многофункциональных приборах и интегральных схемах.

Вышеуказанные тройные теллуриды железа и индия относится к классу халькохромитов элементов шестой группы Периодической системы.

Наиболее интересным с практической точки зрения из этого класса веществ являются халькохромиты меди [Белов К.П., Третьяков Ю.Д. и др. "Магнитные полупроводниковые халькогенидные шпинели", М., изд-во МГУ, 1981, с.279.], обладающие температурой магнитного упорядочения (температура Кюри) выше комнатной. Эти халькохромиты характеризуются тем, что они кристаллизуются в кубической сингонии с кристаллической структурой типа шпинели. Данные халькохромиты могут быть получены многократной прокалкой при соответствующих количествах элементарных веществ в эвакуированных кварцевых ампулах.

К недостаткам описанных выше халькохромитов меди относится то, что они не могут быть использованы при создании элементов памяти, поскольку не обладают полупроводниковой проводимостью, что не позволяет при использовании их в электронных приборах применять для их управления одновременно электрическое и магнитное поле.

Известен ферримагнитный полупроводниковый материал - тетрателлуридтрихрома и железа, имеющий температуру Кюри выше комнатной (RU 2142521, БИ 34, 1999 г.).

Этот материал обладает одновременно полупроводниковыми и ферримагнитными свойствами и содержит в твердом растворе дителлурид железа, однако к его недостаткам относятся: - ферримагнитные свойства, а не ферромагнитные; - низкая температура Кюри.

Кроме того, тетрателлуридтрихрома и железа представляет собой твердый раствор, что не обеспечивает стабильные эксплуатационные характеристики полупроводникового материала.

Известен ферромагнитный полупроводниковый материал In₇Сr₆Те₁₆ (RU 2180316, БИ 7, 2002) с высокой (330 К) температурой Кюри. К недостаткам материала относятся высокая энергоемкость синтеза и недостаточно высокая температура Кюри.

Технической задачей является получение ферромагнитных полупроводниковых материалов со значительно более высокой температурой магнитного упорядочения.

Ближайшим техническим решением поставленной задачи является тройной теллурид индия и хрома состава In₉Cr₂Te₁₂ (Конешова Т.И. и др. Взаимодействие в системе In-Cr-Te по разрезу InTe-Сr₂Те₃. Журнал неорганической химии, 1999, т.44, 10, с.1734-1737). Температурная зависимость намагниченности указанного состава указывает на то, что материал является ферромагнетиком с аномально высокой температурой Кюри, равной 693 К.

К недостаткам In₉Сr₂Те₁₂ относятся, как и в предыдущем случае, высокая энергоемкость синтеза (950^oС в течение 170 ч), недостаточно высокая температура Кюри, высокая стоимость исходных реагентов.

Целью изобретения является изыскание относительно дешевого ферромагнитного полупроводникового материала с более высокой температурой Кюри, получение которого требует меньших энергозатрат.

Указанная цель достигается тем, что предлагается ферромагнитный полупроводниковый материал с высокой температурой Кюри, включающий железо, халькоген и индий, представляющий собой тройное соединение теллурида индия и железа состава InFеТе₃.

Тройной теллурид индия и железа получают путем взаимодействия стехиометрических количеств в эвакуированной кварцевой ампуле при температуре 600^oС в течение 170 ч с последующим отжигом при 600^oС в течение 800 ч. Выход поликристаллического продукта 99.9%.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что ферромагнитные материалы представляют собой тройные соединения индия, железа и теллура при вышеуказанном соотношении компонентов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример Тройной теллурид индия и железа InFeTe₃ имеет инконгруэнтный характер плавления и кристаллизуется в кубической сингонии.

Навески 0,2075 г индия, 0,1009 г железа и 0,6916 г теллура (что соответствует стехиометрическому составу тройного теллурида индия и железа, содержащего 50 мол. % FeTe₂ и 50 мол.% InTe) загружают в кварцевые ампулы. Ампулы откачивают до остаточного давления 2•10^-3 Па, отпаивают и помещают в печь, температуру которой медленно (20 град/ч) повышают до 600^oС и выдерживают при этой температуре 170 ч, затем медленно охлаждают до комнатной. После синтеза образцы растирают в агатовой ступке, вновь загружают в кварцевые ампулы, которые затем откачивают, отпаивают и отжигают при 600^oС 800 ч. Выход тройного теллурида индия и железа составляет 0.9990 г (99.9%).

Параметры полученной фазы контролируют по данным дифференциально-термического анализа и рентгенофазового анализа (на рентгенограмме отсутствовали линии, характерные для InTe и FеТе₂, а также линии, характерные для In, Те и Fe). Эти данные свидетельствуют о том, что полученный тройной теллурид индия и железа однофазен.

Температурная зависимость намагниченности (σ) тройного теллурида индия и хрома состава InFеТе₃ свидетельствует о том, что полученные образцы являются ферромагнетиками с аномально высокой температурой Кюри (Т_C), равной 773 К, что более чем в три раза превышает значения Т_C для FeTe₂. Кроме того, тройной теллурид индия и железа обладает полупроводниковыми свойствами, что установлено по температурной зависимости удельного сопротивления (ρ) при различных температурах.

Уникальное сочетание полупроводниковых и ферромагнитных свойств в сочетании с относительно небольшой энергоемкостью синтеза и дешевизной за счет наличия железа делает InFeTe₃ перспективным материалом для широкого практического использования.

Формула изобретения

Ферромагнитный полупроводниковый материал с высокой температурой Кюри, включающий железо, халькоген и индий, представляющий собой тройное соединение теллурида индия и железа состава InFeTe₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2