本發(fā)明涉及功能材料，尤其涉及一種稀土磁性單晶材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域，新型功能材料的探索與研發(fā)一直是研究熱點(diǎn)，旨在滿足不斷發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)對(duì)材料性能日益嚴(yán)苛的要求。

2、稀土金屬及其化合物由于其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，往往展現(xiàn)出豐富多樣且引人矚目的物理性質(zhì)，在磁性、電學(xué)、光學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，因此受到了廣泛關(guān)注。其中，金（au）作為一種具有優(yōu)良導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性的貴金屬，在電子器件等方面有著重要的應(yīng)用基礎(chǔ)。而硅（si）是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基石，其電學(xué)性能和晶體結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性使其成為構(gòu)建各類電子和光電器件的關(guān)鍵元素。

3、近年來(lái)，研究人員致力于將稀土元素與其他金屬和類金屬元素相結(jié)合，期望開(kāi)發(fā)出具有新穎性能的材料體系，以填補(bǔ)現(xiàn)有材料在某些特定性能方面的不足，并拓展材料的應(yīng)用范圍。然而，目前已有的材料體系在低溫物理性能與晶體結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)控方面仍存在局限，難以同時(shí)滿足一些新興技術(shù)對(duì)于具有特殊電學(xué)和磁學(xué)性能材料的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明的目的是提供一種稀土磁性單晶材料及其制備方法和應(yīng)用，該稀土磁性單晶材料具有六方晶系結(jié)構(gòu)，電輸運(yùn)表現(xiàn)為金屬性，其居里溫度為8k，在低溫下具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，為進(jìn)一步探索新型功能材料在量子計(jì)算、低溫電子學(xué)、自旋電子學(xué)以及新型磁性傳感器等前沿領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了新的可能性和研究方向。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明先提供一種稀土磁性單晶材料，其化學(xué)式為hoausi2，其具有六方晶系結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)為a=b=4.09?，c=4.03?，電輸運(yùn)表現(xiàn)為金屬性，其居里溫度為8k。

4、本發(fā)明提供的稀土磁性單晶材料hoausi2，具有獨(dú)特的六方晶系結(jié)構(gòu)，在低溫下展現(xiàn)出8k的居里溫度以及金屬行為的電阻特性。hoausi2單晶8k的居里溫度和金屬電阻行為，使其在低溫下具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可用于制造低溫量子器件中的電極、連接線等部件，確保量子計(jì)算系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的高效運(yùn)行；基于其隨溫度變化的磁性和電阻特性，還可以用于制作低溫傳感器，用于探測(cè)極低溫環(huán)境中的溫度變化或磁場(chǎng)變化等物理量；hoausi2中的ho離子可能導(dǎo)致材料存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子效應(yīng)，可用于研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中的物理現(xiàn)象，如電子的自旋、電荷和軌道自由度之間的相互作用等；因此hoausi2單晶的發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步探索新型功能材料在量子計(jì)算、低溫電子學(xué)、自旋電子學(xué)以及新型磁性傳感器等前沿領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了新的可能性和研究方向。

5、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述稀土磁性單晶材料在室溫下，縱向電阻率為1.53×102μωcm。

6、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述稀土磁性單晶材料的自然生長(zhǎng)的表面是(010)晶面。

7、本發(fā)明還提供一種制備如前所述的稀土磁性單晶材料的方法，其包括以下步驟：將自助熔劑sn粉與ho粉、au粉、si粉混合后真空密封，煅燒，降溫至預(yù)定溫度后立即離心，得到稀土磁性單晶材料。

8、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，ho粉、au粉、si粉、sn粉的摩爾比為1:1:1-2:10-15。

9、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述以sn粉為自助熔劑，與ho粉、au粉、si粉混合后真空密封包括以下步驟：在氬氣保護(hù)的手套箱中，將ho粉、au粉、si粉、sn粉放入預(yù)處理后的氧化鋁坩堝中，再將所述氧化鋁坩堝放置在石英管中，通過(guò)氫氧焰真空密封。

10、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化鋁坩堝的預(yù)處理方法為：用去離子水沖洗氧化鋁坩堝，再將所述氧化鋁坩堝置于去離子水中超聲清洗30-35min，后置于1000-1050℃下保溫10-15h，隨爐冷取出，即可。

11、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述煅燒是在1050-1100℃下煅燒10-15h。

12、作為本發(fā)明上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述降溫的速度是1-1.5℃/h，所述預(yù)定溫度是850-900℃；和/或，所述離心的轉(zhuǎn)速為1500-2000r/min，離心時(shí)間5-10min。

13、本發(fā)明還提供一種如前所述的稀土磁性單晶材料在低溫量子器件、磁性傳感器、強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料中的應(yīng)用。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

15、1.本發(fā)明提供的稀土磁性單晶材料hoausi2，具有獨(dú)特的六方晶系結(jié)構(gòu)，在低溫下展現(xiàn)出8k的居里溫度以及金屬行為的電阻特性，hoausi2單晶8k的居里溫度和金屬電阻行為，使其在低溫下具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，可用于制造低溫量子器件中的電極、連接線等部件，確保量子計(jì)算系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的高效運(yùn)行；hoausi2單晶在室溫(t=300k)下的電阻率為1.53×102μωcm，隨著溫度的降低，電阻率也下降，基于hoausi2單晶隨溫度變化的磁性和電阻特性，還可以用于制作低溫傳感器，用于探測(cè)極低溫環(huán)境中的溫度變化或磁場(chǎng)變化等物理量；hoausi2中的ho離子可導(dǎo)致材料存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子效應(yīng)，可用于研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)中的物理現(xiàn)象，如電子的自旋、電荷和軌道自由度之間的相互作用等；因此hoausi2單晶的發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步探索新型功能材料在量子計(jì)算、低溫電子學(xué)、自旋電子學(xué)以及新型磁性傳感器等前沿領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了新的可能性和研究方向。

16、2.本發(fā)明以sn作助熔劑，將原料與助熔劑粉末盛放在氧化鋁坩堝并真空密封在石英管中，高溫熔融后緩慢降溫析出hoausi2單晶，然后在特定溫度離心去除助熔劑，得到hoausi2單晶，自助熔劑法不引入其他雜質(zhì)，能保證生長(zhǎng)的晶體的均勻性，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。

技術(shù)特征：

1.一種稀土磁性單晶材料，其特征在于，其化學(xué)式為hoausi2，其具有六方晶系結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)為a=b=4.09?，c=4.03?，電輸運(yùn)表現(xiàn)為金屬性，其居里溫度為8k。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土磁性單晶材料，其特征在于，所述稀土磁性單晶材料在室溫下，縱向電阻率為1.53×102μωcm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土磁性單晶材料，其特征在于，所述稀土磁性單晶材料的自然生長(zhǎng)的表面是(010)晶面。

4.一種制備如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的稀土磁性單晶材料的方法，其特征在于，其包括以下步驟：將自助熔劑sn粉與ho粉、au粉、si粉混合后，真空密封，煅燒，降溫至預(yù)定溫度后立即離心，得到稀土磁性單晶材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土磁性單晶材料的制備方法，其特征在于，ho粉、au粉、si粉、sn粉的摩爾比為1:1:1-2:10-15。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土磁性單晶材料的制備方法，其特征在于，所述以sn粉為自助熔劑，與ho粉、au粉、si粉混合后真空密封包括以下步驟：在氬氣保護(hù)的手套箱中，將ho粉、au粉、si粉、sn粉放入預(yù)處理后的氧化鋁坩堝中，再將所述氧化鋁坩堝放置在石英管中，通過(guò)氫氧焰真空密封。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的稀土磁性單晶材料的制備方法，其特征在于，所述氧化鋁坩堝的預(yù)處理方法為：用去離子水沖洗氧化鋁坩堝，再將所述氧化鋁坩堝置于去離子水中超聲清洗30-35min，后置于1000-1050℃下保溫10-15h，隨爐冷取出，即可。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土磁性單晶材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒是在1050-1100℃下煅燒10-15h。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土磁性單晶材料的制備方法，其特征在于，所述降溫的速度是1-1.5℃/h，所述預(yù)定溫度是850-900℃；和/或，所述離心的轉(zhuǎn)速為1500-2000r/min，離心時(shí)間5-10min。

10.一種如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的稀土磁性單晶材料在低溫量子器件、磁性傳感器、強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種稀土磁性單晶材料及其制備方法和應(yīng)用，所述稀土磁性單晶材料的化學(xué)式為HoAuSi<subgt;2</subgt;，其具有六方晶系結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)為a=b=4.09?，c=4.03?，電輸運(yùn)表現(xiàn)為金屬性，其居里溫度為8K。本發(fā)明提供的稀土磁性單晶材料HoAuSi<subgt;2</subgt;，具有獨(dú)特的六方晶系結(jié)構(gòu)，在低溫下展現(xiàn)出8K的居里溫度以及金屬行為的電阻特性，為進(jìn)一步探索新型功能材料在量子計(jì)算、低溫電子學(xué)、自旋電子學(xué)以及新型磁性傳感器等前沿領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了新的可能性和研究方向。

技術(shù)研發(fā)人員：羅軒,岳守彩,孫玉平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8