半金屬材料Co2-xTi1+xAl的合成與物性.pdf

1、近年來(lái)，自旋電子學(xué)作為一門(mén)具有極大應(yīng)用和商業(yè)潛能的新興學(xué)科受到人們的普遍關(guān)注。自旋電子學(xué)利用電荷和自旋兩種信息載體，結(jié)合當(dāng)代微電子技術(shù)，將對(duì)新一代電子材料和電子產(chǎn)品產(chǎn)生重大影響。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件相比，它具有非易失性、低功耗以及高集成等優(yōu)點(diǎn)。目前自旋電子領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題之一是尋找具有高自旋極化率的材料。半金屬材料是一種具有兩個(gè)不同的自旋電子能帶結(jié)構(gòu)的材料，即能帶在一個(gè)自旋方向呈現(xiàn)金屬性，費(fèi)米面處于導(dǎo)帶中，具有金屬的行為；另一個(gè)自旋方向呈現(xiàn)

2、半導(dǎo)體性質(zhì)或絕緣體性質(zhì)，并在費(fèi)米面附近存在能隙。電子的交換關(guān)聯(lián)作用形成電子有序的自旋排列，使半金屬材料具有穩(wěn)定的磁矩、較高的局里溫度和100％的自旋極化率等優(yōu)點(diǎn)。因此，合成、研究具有較高的居里溫度的半金屬材料是磁電子材料領(lǐng)域的前沿課題。本文以Ti2CoX（X=Al,Ga）合金為主要研究對(duì)象，先采用理論計(jì)算確認(rèn)它們的半金屬特性的能帶結(jié)構(gòu)，再通過(guò)真空電弧爐熔煉方法制備其樣品，并對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、磁特性和熱電性能等進(jìn)行研究，主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論如下

3、：
　　(1).關(guān)于新型化合物Ti2CoX，目前只有理論計(jì)算的文獻(xiàn)報(bào)道。我們首先采用Wien2k軟件進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。結(jié)果表明 Ti2CoAl呈現(xiàn)半金屬特性的能帶結(jié)構(gòu)，與文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果一致。
　　(2).用真空電弧爐熔煉和熱處理合成Ti2CoX(X=Al，Ga)樣品。第一次實(shí)驗(yàn)上合成并確認(rèn)Ti2CoAl為Hg2CuTi型立方結(jié)構(gòu)的Heusler化合物，其晶格常數(shù)a=6.023。而用真空電弧爐熔煉和熱處理合成方法無(wú)法獲得同種

4、晶體結(jié)構(gòu)的Ti2CoGa。
　　(3).用真空電弧爐熔煉和熱處理合成了Co2-xTi1+xAl(x=0.25，0.5)樣品。對(duì)比從Co2TiAl到 Ti2CoAl的晶體結(jié)構(gòu)變化。XRD分析結(jié)果表明 x<0.25時(shí)，Ti1.25Co1.75Al具有Cu2MnAl型結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=5.854，略大于Co2TiAl(a=5.85)。
　　(4).利用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)（PPMS）的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）選件測(cè)量了Co2-xTi1

5、+xAl(x=0.25，0.5，1)樣品的磁特性。Ti1.25Co1.75Al和Ti1.5Co1.5Al表現(xiàn)出很強(qiáng)的鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度Ms分別等于18.384 emu/g，12.961 emu/g。居里溫度分別為141 K和139 K。而Ti2CoAl的飽和磁化強(qiáng)度Ms只有0.165 emu/g。理論計(jì)算給出Ti2CoAl的總磁矩為2 Bμ，我們實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果為0.0049 Bμ，兩者相差較大。
　　(5).采用四引線法測(cè)量了Ti

6、2CoAl樣品直流電阻率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加磁場(chǎng)至9 T對(duì)樣品電阻率影響并不明顯，與我們的磁性測(cè)量結(jié)果相符。
　　(6).利用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)（PPMS）的熱輸運(yùn)（TTO）選件測(cè)量了Ti2CoAl樣品的Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率。380 K時(shí)，Seebeck系數(shù)為-10μVK-1。隨著溫度降低，Seebeck系數(shù)的絕對(duì)值減小，138 K附近接近于零。溫度進(jìn)一步降低，在45 K附近表現(xiàn)出負(fù)的峰，峰值為-12μ VK-1。Ti2CoA