一种宽温域内具有正值和负值大拓扑霍尔效应的磁性材料制造技术

本发明专利技术公开了一种宽温域内具有正值和负值大拓扑霍尔效应的磁性材料，化学式为La

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域内具有正值和负值大拓扑霍尔效应的磁性材料


[0001]本专利技术涉及一种具有正值和负值大拓扑霍尔效应的磁性材料。

技术介绍

[0002]斯格明子是一种具有准粒子特性的受拓扑保护且非平庸的螺旋状手性磁结构，由于其具有拓扑保护性、尺寸很小以及驱动斯格明子移动所需临界电流密度很小等特点，有望应用于低能耗、高密度以及高可靠性存储的自旋电子学器件。
[0003]斯格明子作为一种特殊的涡旋磁畴结构可与传导电子发生相互作用而产生一种电磁现象，即拓扑霍尔效应。因此，拓扑霍尔效应可作为表征斯格明子的手段且可实现单个斯格明子的电探测。通常，拓扑霍尔效应越大，斯格明子的尺寸就越小或者密度就越高，可见获得具有大拓扑霍尔效应的斯格明子材料能够促进基于拓扑霍尔效应和斯格明子的自旋存储器件的发展和应用。
[0004]近年来，人们对具有拓扑霍尔效应和斯格明子的材料进行了大量的报道。目前，研究最多的主要包括非中心对称化合物中的(Mn,Fe,Co)(Si,Ge)系列化合物、β
‑
Mn结构的Co
‑
Zn
‑
Mn系列化合物和中心对称化合物中的MnNiGa、Fe3Sn2以及Gd2PdSi3等。但是这些化合物分别表现出拓扑霍尔效应小、斯格明子成相温度低且温区窄、斯格明子尺寸较大且不均匀等缺点。这些问题致使上述化合物无法满足实际器件对工作环境的要求以及高密度、高可靠性存储的需求，不利于未来基于拓扑霍尔效应和斯格明子的自旋存储技术的普及。
[0005]可见，制备出在包含室温在内的宽温域内具有大拓扑霍尔效应的、同时其磁转变温度可以进行调控的斯格明子材料，能够极大地提高斯格明子材料可应用性的研究价值，从而促进这种低能耗、高密度和高可靠性自旋存储技术迈向实际应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种磁转变温度可调控的、在宽温域内(包含室温)具有正值和负值大拓扑霍尔效应的可能存在斯格明子的磁性材料，其化学式为La
x
Nd1‑
x
Mn2Ge2(0＜x＜1)。
[0007]本专利技术所涉及的单晶磁性材料，优选地，0＜x＜1。
[0008]单晶磁性材料采用助溶剂法制备。
[0009]本专利技术所涉及的多晶磁性材料，优选地，0＜x＜1。
[0010]本专利技术还提供了一种宽温域内(包含室温)具有正值和负值大拓扑霍尔效应多晶磁性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：在氩气保护的手套箱内按照成分比例将La、Nd、Mn和Ge装入氧化铝坩埚中；
[0012]步骤二：利用悬浮熔炼设备进行进行5
‑
7次的熔融固化，得到铸锭样品；
[0013]步骤三：利用球磨机对铸锭样品进行破碎，得到粉末样品；
[0014]步骤四：在手套箱内将粉末样品装入石墨模具中；
[0015]步骤五：将装好粉末样品的石墨模具装入SPS烧结炉中，并抽真空至6～8Pa后开始烧结，按照60～70K min
‑1的升温速率升温至1233K，同时调节烧结压力至30MPa恒定不变，随后在目标温度下保温10min，当温度降至室温后便可得到致密的块体样品。
[0016]本专利技术主要具有以下特色：
[0017]1、成功制备出直径为20mm、厚度为3mm的均质且致密的烧结体La
x
Nd1‑
x
Mn2Ge2(0＜x＜1)多晶磁性材料。此外，按照上述配比和制备工艺可以重复制备出该材料。
[0018]2、成功制备出毫米级大小的多种配比的单晶磁性材料La
x
Nd1‑
x
Mn2Ge2(0＜x＜1)。此外，按照上述配比和制备工艺可以重复制备出该材料。
[0019]3、该材料在宽温域内(包含室温)具有正值和负值的大拓扑霍尔效应，这使其有可能成为一种具有小尺寸和高密度斯格明子的磁性材料，同时其斯格明子的自旋方向可能随温度的变化而发生翻转，这预示着随温度的变化可形成不同的磁存储单元；此外，随着La/Nd比值的减小，其居里温度、自旋重取向温度等磁转变温度会随之升高，导致不同磁存储单元的工作温区随之变化，可以据此进行工作温区的调控。上述结果有助于加快基于拓扑霍尔效应和斯格明子的自旋存储器件迈向实际应用的步伐。
附图说明
[0020]以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：
[0021]图1是利用物性测量系统PPMS的VSM选件进行磁性测量得到的本专利技术实施例1
‑
3的磁化强度与温度关系曲线(M
‑
T曲线)，(a)La
0.25
Nd
0.75
Mn2Ge2；(b)La
0.5
Nd
0.5
Mn2Ge2；(c)La
0.75
Nd
0.25
Mn2Ge2；
[0022]图2是本专利技术实施例4的室温X射线衍射精修图谱；
[0023]图3是利用物性测量系统PPMS的VSM选件进行磁性测量得到的本专利技术实施例4的磁化强度与温度关系曲线(M
‑
T曲线)(a)和利用物性测量系统PPMS的MFP选件进行电输运性测量得到的零磁场下的纵向电阻率ρ
xx
随温度的变化曲线(b)；
[0024]图4是本专利技术实施例4在不同温度下磁阻MR随磁场的变化曲线(a)和不同温度下霍尔电阻率ρ
xy
随磁场的变化曲线(b)；
[0025]图5是本专利技术实施例4在不同温度下霍尔电阻率ρ
xy
(图中EXP指实验所测数据，即霍尔电阻率)、计算的R0H+S
A
ρ
2xx
M和拓扑霍尔电阻率ρ
Txy
随磁场的变化曲线，其中H
m
和H
c
分别是拓扑霍尔效应达到最大时的磁场和拓扑霍尔效应消失的临界磁场，(a)130K和(b)250K；
[0026]图6是本专利技术实施例4在不同温度下拓扑霍尔电阻率ρ
Txy
随磁场的变化曲线(a)和不同温度下最大拓扑霍尔电阻率随磁场的变化曲线(b)。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0028]在如下实施例中，专利技术人分别测量了所得到的样品的室温X射线衍射精修图谱、磁化强度
‑
温度曲线、零磁场下的纵向电阻率
‑
温度曲线、磁阻
‑
磁场曲线、霍尔电阻
‑
磁场曲线和拓扑霍尔电阻
‑
磁场曲线，观察到了大的拓扑霍尔电阻率和其值随温度降低由正值变为负值以及随La元素含量增多该系列化合物的磁转变温度随之减小等现象。
[0029]实施例1
[0030]本实施例利用铟助溶剂法制备了化学式为La
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在宽温域内具有正值和负值大拓扑霍尔效应的磁性材料，为单晶磁性材料或多晶磁性材料，La
x
Nd1‑
x
Mn2Ge2，其中0＜x＜1。2.根据权利要求1中所述多晶磁性材料，其中，La:Nd:Mn:Ge＝0.5:0.5:2:2。3.制备如权利要求1中所述磁性材料的方法，其特征在于，多晶磁性材料的制备包括以下步骤：步骤一：在氩气保护的手套箱内按照成分比例将La、Nd、Mn和Ge装入氧化铝坩埚中；步骤二：利用悬浮熔炼设备进行5
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹敏，贺莉东，徐国梁，王少博，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：