[go: up one dir, main page]

RU2392680C2 - Semiconductor ferrimagnetic material - Google Patents

Semiconductor ferrimagnetic material Download PDF

Info

Publication number
RU2392680C2
RU2392680C2 RU2007105127/02A RU2007105127A RU2392680C2 RU 2392680 C2 RU2392680 C2 RU 2392680C2 RU 2007105127/02 A RU2007105127/02 A RU 2007105127/02A RU 2007105127 A RU2007105127 A RU 2007105127A RU 2392680 C2 RU2392680 C2 RU 2392680C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mgfe
semiconductor
oxides
magnetic
znga
Prior art date
Application number
RU2007105127/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007105127A (en
Inventor
Георгий Донатович Нипан (RU)
Георгий Донатович Нипан
Валерий Александрович Кецко (RU)
Валерий Александрович Кецко
Татьяна Николаевна Кольцова (RU)
Татьяна Николаевна Кольцова
Александр Иванович Стогний (BY)
Александр Иванович Стогний
Казимир Иосифович Янушкевич (BY)
Казимир Иосифович Янушкевич
Владимир Васильевич Паньков (BY)
Владимир Васильевич Паньков
Николай Тимофеевич Кузнецов (RU)
Николай Тимофеевич Кузнецов
Original Assignee
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority to RU2007105127/02A priority Critical patent/RU2392680C2/en
Publication of RU2007105127A publication Critical patent/RU2007105127A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2392680C2 publication Critical patent/RU2392680C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: physics, semiconductors.
SUBSTANCE: invention relates to semiconductor materials based on metal oxides, particularly to homogeneous polycrystalline materials based on complex oxides of the class of diluted magnetic semiconductors. The invention can be used in spintronics. The semiconductor ferromagnetic material has paramagnetic state transition temperature Tk=470-520 K and is a solid solution oxides of zinc, aluminium or gallium, magnesium and iron having formula (ZnAl2O4)1-x(MgFe2O4)x or (ZnGa2O4)1-x(MgFe2O4)x, where x=0.01-0.10.
EFFECT: obtaining thermally stable material.
6 dwg, 3 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к материалам на основе оксидов металлов, конкретно к гомогенным поликристаллическим материалам на основе сложных оксидов класса разбавленных магнитных полупроводников, обладающих полупроводниковыми и ферримагнитными свойствами, а также высокой температурой Кюри TK=470-520 K при термической стабильности продукта.The invention relates to materials based on metal oxides, specifically to homogeneous polycrystalline materials based on complex oxides of the class of diluted magnetic semiconductors with semiconductor and ferrimagnetic properties, as well as a high Curie temperature T K = 470-520 K with thermal stability of the product.

Изобретение может быть использовано в спинтронике - области квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин электрона, обусловленный наличием у них собственного механического и связанного с ним магнитного моментов.The invention can be used in spintronics - the field of quantum electronics, in which the electron spin is used along with the charge for the physical representation of information, due to the presence of their own mechanical and associated magnetic moments.

Развитие спинтроники в значительной мере сдерживается отсутствием подходящих материалов, удовлетворяющих трем основным критериям:The development of spintronics is largely constrained by the lack of suitable materials that satisfy three main criteria:

- сохранение в полученных магнитных полупроводниковых материалах структуры и физико-химических свойств исходных полупроводниковых матриц без ухудшения их потребительских характеристик;- preservation in the obtained magnetic semiconductor materials of the structure and physicochemical properties of the original semiconductor matrices without deterioration of their consumer characteristics;

- сохранение магнитной ориентации в полупроводниках с n- и с p-подвижными носителями тока при температурах значительно выше комнатных;- conservation of magnetic orientation in semiconductors with n- and p-movable current carriers at temperatures well above room temperature;

- простота и надежность методик синтеза материалов, возможность их конструкционного включения в стандартные полупроводниковые схемы.- simplicity and reliability of methods for the synthesis of materials, the possibility of their structural inclusion in standard semiconductor circuits.

Магнитные полупроводниковые материалы принято подразделять на следующие классы: Концентрированные Магнитные Полупроводники (КМП); Полумагнитные Полупроводники (ПМП); Неоднородные Магнитные Материалы (НММ); Высокотемпературные Ферромагнитные Полупроводники (ВТФП) и Разбавленные Магнитные Полупроводники (РМП) [В.А.Иванов и др. Спинтроника и спинтронные материалы. Известия РАН, серия Химическая, 2004, №11, 2255-2303].Magnetic semiconductor materials are usually divided into the following classes: Concentrated Magnetic Semiconductors (CMC); Semi-Magnetic Semiconductors (PMP); Inhomogeneous Magnetic Materials (NMM); High-Temperature Ferromagnetic Semiconductors (VTFP) and Diluted Magnetic Semiconductors (RMP) [V.A. Ivanov et al. Spintronics and spintronic materials. Russian Academy of Sciences, Chemical Series, 2004, No. 11, 2255-2303].

КМП, к которым относится EuO, Cr-халькогенидные шпинели MeCr2Xal4, сложные оксиды BiMnO3, CeCuO3, YTiO3, а также пниктиды Mn(Cr)As(Sb), не получили практического применения из-за низких температур Кюри и технологических требований чистоты, предъявляемых к материалам электроники. Эти же причины плюс нестабильность препятствуют практическому использованию ПМП, получаемых на основе матриц AIIBVI и AIVBVI (AII - Zn, Cd, Hg; AIV - Pb, Sn; BVI - S, Se, Те), CdMnSe, PbSnMnTe, в которых ионы переходного металла Fe2+, Mn2+ или Со2+ хаотически замещают А-элементы в узлах кристаллической решетки.CMPs, which include EuO, Cr-chalcogenide spinels MeCr 2 Xal 4 , complex oxides BiMnO 3 , CeCuO 3 , YTiO 3 , and pnictides Mn (Cr) As (Sb), have not received practical application due to the low Curie temperatures and purity technological requirements for electronic materials. The same reasons, plus instability, impede the practical use of the PMF obtained on the basis of the matrices A II B VI and A IV B VI (A II - Zn, Cd, Hg; A IV - Pb, Sn; B VI - S, Se, Te), CdMnSe, PbSnMnTe, in which the transition metal ions Fe 2+ , Mn 2+, or Co 2+ randomly replace the A elements at the sites of the crystal lattice.

НММ представляют собой композиционные материалы, содержащие оксиды TiO2, ZnO и частицы магнитных металлов Fe, Co и Ni. Недостатком таких смесей является их неоднофазность и невоспроизводимость магнитных характеристик. Гетерогенность НММ показана на примере композитов на основе оксидов цинка и кобальта Zn1-XCo2+XO, для которых ферромагнетизм обусловлен наличием кластеров кобальта [Jae Hyun Kim et al., Magnetic properties of epitaxially grown semiconducting Zn1-XCoXO thin films by pulsed laser deposition. J. Appl. Phys., 2002, v.92, №10, p.6066-6071], [R.Rode et al., Magnetic semiconductors based on cobalt substituted ZnO. J. Appl. Phys., 2003, v.93, №10, p.7676-7678].HMMs are composite materials containing oxides of TiO 2 , ZnO and particles of magnetic metals Fe, Co and Ni. The disadvantage of such mixtures is their non-phase and irreproducibility of magnetic characteristics. Heterogeneity of NMM is shown by the example of composites based on zinc and cobalt oxides Zn 1-X Co 2+ X O, for which ferromagnetism is due to the presence of cobalt clusters [Jae Hyun Kim et al., Magnetic properties of epitaxially grown semiconducting Zn 1-X Co X O thin films by pulsed laser deposition. J. Appl. Phys., 2002, v. 92, No. 10, p. 6066-6071], [R. Rode et al., Magnetic semiconductors based on cobalt substituted ZnO. J. Appl. Phys., 2003, v. 93, No. 10, p. 7676-7678].

ВТФП представляют собой материалы CdGeP2:Mn2, ZnGeP2:Mn, CdGeAs2:Mn, ZnSiGeN2:Mn с усредненным отношением Mn/Cd или Zn≤20% и температурами перехода в парамагнитное состояние 300-350 К. Недостатком таких материалов является несовпадение физико-химических характеристик ВТФП с исходными полупроводниковыми матрицами и недостаточно высокие значения температур Кюри.HTFs are CdGeP 2 : Mn 2 , ZnGeP 2 : Mn, CdGeAs 2 : Mn, ZnSiGeN 2 : Mn materials with an averaged Mn / Cd or Zn≤20% ratio and transition temperatures to the paramagnetic state of 300-350 K. The disadvantage of such materials is the mismatch of the physicochemical characteristics of the WTPP with the initial semiconductor matrices and insufficiently high Curie temperatures.

Особый интерес представляет класс разбавленных магнитных полупроводников. К этому классу относят материалы, в которых в качестве матриц используют полупроводники III-V (III - Al, Ga, In; V - Р, As, Sb) или II-IV (II - Zn, Cd; IV - Si, Ge, Pb, Sn), в которых атомы металлов II, III, IV групп статистически замещены атомами переходных металлов с незаполненными 3d-электронными оболочками. К числу наиболее изученных РМП относят материал Ga1-xMnxAs с х≤9-10 мас.% температурой перехода в парамагнитное состояние до 172 К [A.M.Nazmul, S.Sugahara and M.Tanaka, Phys.Rev., В, 2003, V.67]. К недостатку этих РМП относят недостаточно высокие значения температур Кюри. Вторым недостатком является наличие в составе РМП токсичного мышьяка и галлия, который несовместим с основным материалом микроэлектроники - кремнием.Of particular interest is the class of diluted magnetic semiconductors. This class includes materials in which III-V (III — Al, Ga, In; V — P, As, Sb) or II-IV (II — Zn, Cd; IV — Si, Ge, Pb, Sn), in which the atoms of metals of groups II, III, and IV are statistically replaced by transition metal atoms with unfilled 3d-electron shells. Among the most studied RMPs are Ga 1-x Mn x As material with x≤9-10 wt.% The paramagnetic transition temperature up to 172 K [AMNazmul, S. Sugahara and M. Tanaka, Phys. Rev., V, 2003 , V.67]. The disadvantage of these RMPs is that the Curie temperatures are not high enough. The second drawback is the presence of toxic arsenic and gallium in the composition of the RMP, which is incompatible with the main material of microelectronics - silicon.

Наиболее близким к заявляемому материалу является разбавленный ферримагнитный полупроводник состава (ZnGa2O4)0,85(Fe3O4)0,15 [A.S.Risbud et.al., Dilute ferromagnetic semiconductors in Fe-substituted spinel ZnGa2O4 J.Phys.Condens.Matter 17 (2005), p.1003-1010].Closest to the claimed material is a diluted ferrimagnetic semiconductor composition (ZnGa 2 O 4 ) 0.85 (Fe 3 O 4 ) 0.15 [ASRisbud et.al., Dilute ferromagnetic semiconductors in Fe-substituted spinel ZnGa 2 O 4 J.Phys .Condens.Matter 17 (2005), p. 1003-1010].

К недостаткам ферримагнитного полупроводника состава (ZnGa2O4)0,85(Fe3O4)0,15 следует отнести то, что материал характеризуется недостаточно высокой температурой Кюри (TK близка к 200 К) и большой шириной запрещенной зоны (4.1 эВ). Вторым недостатком является негомогенность материала, что ограничивает его применение.The disadvantages of the ferrimagnetic semiconductor composition (ZnGa 2 O 4 ) 0.85 (Fe 3 O 4 ) 0.15 include the fact that the material is characterized by an insufficiently high Curie temperature (T K close to 200 K) and a large band gap (4.1 eV ) The second disadvantage is the inhomogeneity of the material, which limits its use.

Изобретение направлено на создание гомогенного оксидного материала класса РМП, обладающего полупроводниковыми и ферримагнитными свойствами с температурой перехода в парамагнитное состояние TK=470-520 К. Под ферримагнитным понимается состояние материала, в котором ориентация спинов магнитных ионов разных магнитных подрешеток антипараллельна. В то же время сами подрешетки имеют разные по величине магнитные моменты, так что суммарная намагниченность в магнитоупорядоченном состоянии отлична от нуля.The invention is directed to the creation of a homogeneous oxide material of the RMP class, which has semiconductor and ferrimagnetic properties with a transition temperature to the paramagnetic state T K = 470-520 K. By ferrimagnetic is meant the state of the material in which the orientation of the spins of magnetic ions of different magnetic sublattices is antiparallel. At the same time, the sublattices themselves have magnetic moments of different magnitude, so that the total magnetization in the magnetically ordered state is nonzero.

Технический результат достигается тем, что предложен гомогенный полупроводниковый ферримагнитный материал, характеризующийся температурой перехода в парамагнитное состояние ТК=470-520 К, представляющий собой твердый раствор оксидов цинка, алюминия, магния и железа, отвечающий формуле:The technical result is achieved by the fact that a homogeneous semiconductor ferrimagnetic material is proposed, characterized by a transition temperature to the paramagnetic state T K = 470-520 K, which is a solid solution of oxides of zinc, aluminum, magnesium and iron, corresponding to the formula:

(ZnAl2O4)1-x(MgFe2O4)x, где(ZnAl 2 O 4 ) 1-x (MgFe 2 O 4 ) x , where

х=0,01÷0,10;x = 0.01 ÷ 0.10;

либо твердый раствор оксидов цинка, галлия, магния и железа, отвечающий формуле:or a solid solution of oxides of zinc, gallium, magnesium and iron, corresponding to the formula:

(ZnGa2O4)1-x(MgFe2O4)x, где(ZnGa 2 O 4 ) 1-x (MgFe 2 O 4 ) x , where

х=0,01÷0,10.x = 0.01 ÷ 0.10.

Значения х выбираются из соображений, что при х<0,01 ферримагнитные свойства не проявляются, а при х>0,10 твердый раствор теряет гомогенность.The values of x are chosen for reasons that for x <0.01 ferrimagnetic properties are not manifested, and for x> 0.10, the solid solution loses homogeneity.

Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.

Полупроводниковый ферримагнитный материал согласно изобретению является твердым раствором, состоящим из оксидов цинка, алюминия, магния и железа либо из оксидов цинка, галлия, магния и железа.The semiconductor ferrimagnetic material according to the invention is a solid solution consisting of oxides of zinc, aluminum, magnesium and iron, or of oxides of zinc, gallium, magnesium and iron.

Изобретение поясняется следующими прилагаемыми чертежами и табличными данными.The invention is illustrated by the following accompanying drawings and tabular data.

Фиг.1. Температурные зависимости удельной намагниченности (σ) материала на примере (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04.Figure 1. Temperature dependences of the specific magnetization (σ) of the material using the example of (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 .

Фиг.2. Температурные зависимости удельной намагниченности (σ) материала на примере (ZnGa2O4)0,96(MgFe2O4)0,04.Figure 2. Temperature dependences of the specific magnetization (σ) of the material using the example of (ZnGa 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 .

Фиг.3. Температурные зависимости магнитной восприимчивости (1/χ) материала на примере (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04.Figure 3. Temperature dependences of the magnetic susceptibility (1 / χ) of the material using the example of (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 .

Фиг.4. Температурные зависимости магнитной восприимчивости (1/χ) материала на примере (ZnGa2O4)0,96(MgFe2O4)0,04.Figure 4. Temperature dependences of the magnetic susceptibility (1 / χ) of the material using the example of (ZnGa 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 .

Фиг.5. Спектры диффузного рассеивания (ДР) фотолюминесценции (ФЛ) для материала (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04.Figure 5. Diffuse scattering spectra (DR) of photoluminescence (PL) for the material (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 .

Фиг.6. Спектры диффузного рассеивания (ДР) фотолюминесценции (ФЛ) для материала (ZnGa2O4)0,98(MgFe2O4)0,02.6. Diffuse scattering spectra (DR) of photoluminescence (PL) for the material (ZnGa 2 O 4 ) 0.98 (MgFe 2 O 4 ) 0.02 .

Таблица 1Table 1 Результаты рентгенофазового анализа материала состава (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04 The results of x-ray phase analysis of the material composition (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 Кубическая сингония, Fd3m, a=8,0995(16)ÅCubic syngony, F d3m , a = 8.0995 (16) Å I/I0 I / I 0 dэксп d exp hh kk ll dрасч d calculation Δ2θΔ2θ 18,918.9 22 4,67804.6780 1one 1one 1one 4,676264,67626 -0,007-0.007 31,231,2 8282 2,86572,8657 22 22 00 2,863612.86361 -0,024-0.024 36,736.7 100one hundred 2,44292.4429 33 1one 1one 2,442102,44210 -0,013-0.013 44,744.7 88 2,02552,0255 4four 00 00 2,024882,02488 -0,016-0.016 49,049.0 88 1,85891.8589 33 33 1one 1,858161.85816 -0,023-0.023 55,555.5 2222 1,65371.6537 4four 22 22 1,653311.65331 -0,016-0.016 59,259.2 3232 1,55921.5592 33 33 33 1,558751,55875 -0,022-0.022 65,165.1 3838 1,43141.4314 4four 4four 00 1,431811.43181 0,0190.019 74,074.0 66 1,28061,2806 66 22 00 1,280651,28065 00 77,277,2 11eleven 1,23481,2348 55 33 33 1,235171,23517 0,0240.024

Таблица 2table 2 Результаты рентгенофазового анализа материала состава (ZnGa2O4)0,96(MgFe2O4)0,04 The results of x-ray phase analysis of the material composition (ZnGa 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 Кубическая сингония, Fd3m, a=8,3422(15)Cubic syngony, F d3m , a = 8.3422 (15) I/I0 I / I 0 dэксп d exp hh kk ll dрасч d calculation Δ2θΔ2θ 18,3918.39 66 4,82434.8243 1one 1one 1one 4,81644.8164 -0,031-0.031 30,3030.30 2525 2,94972,9497 22 22 00 2,94942,9494 -0,003-0.003 35,6735.67 100one hundred 2,51702,5170 33 1one 1one 2,51532,5153 -0,026-0.026 37,3237.32 1313 2,40942,4094 22 22 22 2,40822,4082 -0,020-0.020 43,3843.38 2222 2,08592,0859 4four 00 00 2,08552,0855 -0,007-0.007 53,8253.82 1313 1,70331.7033 4four 22 22 1,70281.7028 -0,016-0.016 57,3657.36 4242 1,60631,6063 33 33 33 1,60551,6055 -0,034-0.034 63,0363.03 50fifty 1,47481.4748 4four 4four 00 1,47471.4747 -0,004-0.004 66,2766.27 33 1,41031.4103 55 33 1one 1,41011.4101 -0,013-0.013 71,5871.58 4four 1,31821,3182 66 22 00 1,31901.3190 0,0510.051 74,6174.61 1313 1,27201.2720 55 33 33 1,27221.2722 0,0120.012 75,6375.63 88 1,25741.2574 66 22 22 1,25761.2576 0,0190.019 79,6279.62 4four 1,20411,2041 4four 4four 4four 1,20411,2041 0,0010.001 87,4887.48 55 1,11501,1150 66 4four 22 1,11481,1148 -0,023-0.023 Таблица 3Table 3 Значения температур Кюри для заявленных материаловCurie temperatures for the claimed materials № ПримераNo. of Example Состав твердого раствораThe composition of the solid solution Температура перехода в парамагнитное состояние TK (±10)Paramagnetic transition temperature T K (± 10) 1one (ZnAl2O4)0,99(MgFe2O4)0,01 (ZnAl 2 O 4 ) 0.99 (MgFe 2 O 4 ) 0.01 520520 22 (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04 (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 520520 33 (ZnAl2O4)0,90(MgFe2O4)0,10 (ZnAl 2 O 4 ) 0.90 (MgFe 2 O 4 ) 0.10 520520 4four (ZnGa2O4)0,99(MgFe2O4)0,01 (ZnGa 2 O 4 ) 0.99 (MgFe 2 O 4 ) 0.01 470470 55 (ZnGa2O4)0,96(MgFe2O4)0,04 (ZnGa 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 470470 66 (ZnGa2O4)0,90(MgFe2O4)0,10 (ZnGa 2 O 4 ) 0.90 (MgFe 2 O 4 ) 0.10 480480

Заявленный полупроводниковый материал обладает ферримагнитными свойствами, на что указывают кривые температурных зависимостей удельной намагниченности и магнитной восприимчивости (Фиг.1 - Фиг.4), которые отвечают заявленным свойствам [Королева Л.И. Магнитные полупроводники. М., изд-во МГУ, 2003, 312 с.] и позволяют определить температуру Кюри.The claimed semiconductor material has ferrimagnetic properties, as indicated by the temperature dependence of the specific magnetization and magnetic susceptibility (Figure 1 - Figure 4), which correspond to the declared properties [Koroleva L.I. Magnetic semiconductors. M., publishing house of Moscow State University, 2003, 312 pp.] And allow one to determine the Curie temperature.

Заявленный полупроводниковый ферримагнитный материал обладает термической стабильностью, на что указывает ход кривых температурной зависимости удельной намагниченности (Фиг.1 и Фиг.2) и магнитной восприимчивости (Фиг.4) твердых растворов при нагревании и последующем охлаждении.The claimed semiconductor ferrimagnetic material has thermal stability, as indicated by the course of the temperature dependence of the specific magnetization (Fig. 1 and Fig. 2) and magnetic susceptibility (Fig. 4) of solid solutions during heating and subsequent cooling.

Полупроводниковые свойства заявленного материала подтверждаются результатами измерений ширины запрещенной зоны на основе спектров диффузного рассеивания и фотолюминесценции (Фиг.5, 6).The semiconductor properties of the claimed material are confirmed by the results of measurements of the band gap based on diffuse scattering and photoluminescence spectra (Figs. 5, 6).

Гомогенность материала подтверждается результатами рентгенофазового анализа (Таблица 1, 2).The homogeneity of the material is confirmed by the results of x-ray phase analysis (Table 1, 2).

В Таблице 3 представлены примеры составов заявленного полупроводникового ферримагнитного материала и температуры перехода в парамагнитное состояние.Table 3 presents examples of the compositions of the claimed semiconductor ferrimagnetic material and the temperature of the transition to the paramagnetic state.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала.Below are examples of the receipt of the claimed material.

Пример 1Example 1

В качестве исходных материалов использовали оксид цинка, оксид железа Fe2O3, гидроксид магния и гидроксид алюминия, содержащие не менее 99,99% основного вещества.Zinc oxide, iron oxide Fe 2 O 3 , magnesium hydroxide and aluminum hydroxide containing not less than 99.99% of the basic substance were used as starting materials.

Навеску тщательно перетертого под этиловым спиртом порошка, отвечающего брутто-составу (ZnAl2O4)0,99(MgFe2O4)0,01, полученного из оксидов или гидроксидов соответствующих металлов, загружали в платиновый тигель и отжигали по следующей схеме: первая стадия - отжиг при 1073 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; вторая - отжиг при 1273 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; третья - отжиг при 1473 К также в течение 10 часов с последующим охлаждением.A portion of a powder thoroughly ground under ethanol corresponding to the gross composition of (ZnAl 2 O 4 ) 0.99 (MgFe 2 O 4 ) 0.01 , obtained from oxides or hydroxides of the corresponding metals, was loaded into a platinum crucible and annealed according to the following scheme: stage - annealing at 1073 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the second is annealing at 1273 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the third - annealing at 1473 K also for 10 hours, followed by cooling.

Пример 2Example 2

В качестве исходных материалов использовали оксид цинка, оксид железа Fe2O3, гидроксид магния и оксид алюминия, содержащие не менее 99,99% основного вещества.As starting materials, zinc oxide, iron oxide Fe 2 O 3 , magnesium hydroxide and alumina containing not less than 99.99% of the basic substance were used.

Навеску тщательно перетертого под этиловым спиртом порошка, отвечающего брутто-составу (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04, полученного из оксидов или гидроксидов соответствующих металлов, загружали в платиновый тигель и отжигали по следующей схеме: первая стадия - отжиг при 1073 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; вторая - отжиг при 1273 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; третья - отжиг при 1573 К также в течение 10 часов с последующим охлаждением.A portion of a powder thoroughly ground under ethanol corresponding to the gross composition of (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 obtained from oxides or hydroxides of the corresponding metals was loaded into a platinum crucible and annealed according to the following scheme: stage - annealing at 1073 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the second is annealing at 1273 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the third - annealing at 1573 K also for 10 hours, followed by cooling.

Пример 3Example 3

В качестве исходных материалов использовали формиат цинка, оксид железа Fe2O3, гидроксид магния и оксид алюминия, содержащие не менее 99,99% основного вещества.Zinc formate, iron oxide Fe 2 O 3 , magnesium hydroxide and alumina containing at least 99.99% of the basic substance were used as starting materials.

Навеску тщательно перетертого под этиловым спиртом порошка, отвечающего брутто-составу (ZnAl2O4)0,90(MgFe2O4)0,10, полученного из оксидов железа и алюминия, формиата цинка и гидроксида алюминия, загружали в платиновый тигель и отжигали по следующей схеме: первая стадия - отжиг при 1073 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; вторая - отжиг при 1173 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; третья - отжиг при 1573 К также в течение 10 часов с последующим охлаждением.A portion of a powder thoroughly ground under ethanol corresponding to the gross composition of (ZnAl 2 O 4 ) 0.90 (MgFe 2 O 4 ) 0.10 obtained from iron and aluminum oxides, zinc formate and aluminum hydroxide was loaded into a platinum crucible and annealed according to the following scheme: the first stage - annealing at 1073 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the second is annealing at 1173 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the third - annealing at 1573 K also for 10 hours, followed by cooling.

Пример 4Example 4

В качестве исходных материалов использовали оксид цинка, оксид железа Fe2O3, гидроксид магния и оксид галлия, содержащие не менее 99,99% основного вещества.Zinc oxide, iron oxide Fe 2 O 3 , magnesium hydroxide and gallium oxide containing not less than 99.99% of the basic substance were used as starting materials.

Навеску тщательно перетертого под этиловым спиртом порошка, отвечающего брутто-составу (ZnGa2O4)0,99(MgFe2O4)0,01, полученного из оксидов или гидроксидов соответствующих металлов, загружали в платиновый тигель и отжигали по следующей схеме: первая стадия - отжиг при 1073 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; вторая - отжиг при 1173 К в течение 10 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; третья - отжиг при 1423 К также в течение 10 часов с последующим охлаждением.A portion of a powder thoroughly ground under ethanol corresponding to the gross composition (ZnGa 2 O 4 ) 0.99 (MgFe 2 O 4 ) 0.01 obtained from oxides or hydroxides of the corresponding metals was loaded into a platinum crucible and annealed according to the following scheme: stage - annealing at 1073 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the second is annealing at 1173 K for 10 hours, followed by cooling to room temperature; the third - annealing at 1423 K also for 10 hours, followed by cooling.

Материал по примерам №5-6 Таблицы 3 получен аналогичным способом.The material according to examples No. 5-6 of Table 3 was obtained in a similar way.

Материалы, представленные иллюстрациями и табличными данными, исследовались методами рентгенофазового (РФА), термогравиметрического (TГ) и дифференциально термического (ДТА) анализов. РФА анализ выполнен с использованием дифрактометра ДРОН-3М и камеры-монохроматора Гинье де-Вольфа. На рентгенограммах присутствовали только линии, характерные для полупроводниковых структур указанных в Таблице 1-2 материалов.The materials presented by illustrations and tabular data were studied by X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric (TG) and differential thermal (DTA) analyzes. X-ray diffraction analysis was performed using a DRON-3M diffractometer and a Guinier de Wolff monochromator camera. Only lines characteristic of the semiconductor structures of the materials indicated in Table 1-2 were present on the X-ray diffraction patterns.

ТГ и ДТА анализы выполнены с помощью термоанализатора TGD 7000 фирмы ULVAK SINKU-RIKO, Япония.TG and DTA analyzes were performed using a TGD 7000 thermal analyzer manufactured by ULVAK SINKU-RIKO, Japan.

По данным ТГ в пределах инструментальной ошибки прибора брутто-состав синтезированных образцов не отличается от исходного брутто-состава.According to the TG data, within the instrumental error of the device, the gross composition of the synthesized samples does not differ from the initial gross composition.

Кривые ДТА указывали на отсутствие фазовых превращений I рода, что свидетельствует о гомогенности полученного оксидного материала.DTA curves indicated the absence of phase transitions of the first kind, which indicates the homogeneity of the obtained oxide material.

Зависимости удельной намагниченности и магнитной восприимчивости материала исследовались пондеромоторным методом [В.И.Чечерников. Магнитные измерения. Изд-во МГУ, 1969, 388 с.] в магнитном поле 0,86 Т (8,6 kOe) в интервале температур 77-670 К.The dependences of the specific magnetization and magnetic susceptibility of the material were studied by the ponderomotive method [V.I. Chechernikov. Magnetic measurements. Moscow State University, 1969, 388 pp.] In a magnetic field of 0.86 T (8.6 kOe) in the temperature range 77-670 K.

Измерения ширины запрещенной зоны материала (Фиг.5, 6), полученной с использованием спектров ДР и ФЛ [F.M.Liu, J.H.Jia, L.D. Zhang. Appl. Phys. A. Vol.70, №4 (2000), pp.457-459], свидетельствуют о том, что для твердого раствора (ZnAl2O4)0,96(MgFe2O4)0,04 наблюдается наиболее сильная люминесценция с максимумом на длине волны 430 нм. Это соответствует ширине запрещенной зоны в твердом растворе в области 2,8-2,9 эВ. Для твердого раствора (ZnGa2O4)0,98(MgFe2O4)0,02 наблюдается наиболее сильная люминесценция с максимумом на длине волны 550 нм. Это соответствует ширине запрещенной зоны в твердом растворе в области 2,2-2,4 эВ.Measurement of the band gap of the material (Fig.5, 6) obtained using the spectra of DR and PL [FMLiu, JHJia, LD Zhang. Appl. Phys. A. Vol.70, No. 4 (2000), pp.457-459], indicate that for the solid solution (ZnAl 2 O 4 ) 0.96 (MgFe 2 O 4 ) 0.04 , the strongest luminescence with maximum at a wavelength of 430 nm. This corresponds to the band gap in the solid solution in the region of 2.8-2.9 eV. For the solid solution (ZnGa 2 O 4 ) 0.98 (MgFe 2 O 4 ) 0.02 , the strongest luminescence is observed with a maximum at a wavelength of 550 nm. This corresponds to the band gap in the solid solution in the region of 2.2-2.4 eV.

Как видно из Фиг.1-6, Таблиц 1-3 и приведенных примеров, заявленный продукт является гомогенным полупроводниковым ферримагнитным материалом класса РМП с температурой Кюри TK=470-520 К. Уникальное сочетание полупроводниковых и ферримагнитных свойств заявленного материала делает его перспективным продуктом для практического использования в спинтронике.As can be seen from Figs. 1-6, Tables 1-3 and the above examples, the claimed product is a homogeneous semiconductor ferrimagnetic material of the RMP class with a Curie temperature T K = 470-520 K. The unique combination of semiconductor and ferrimagnetic properties of the claimed material makes it a promising product for practical use in spintronics.

Claims (1)

Полупроводниковый ферримагнитный материал, характеризующийся температурой перехода в парамагнитное состояние ТК=470-520К, представляющий собой твердый раствор оксидов цинка, алюминия, магния и железа, отвечающий формуле
(ZnAl2O4)1-x(MgFe2O4)x,
или твердый раствор оксидов цинка, галлия, магния и железа, отвечающий формуле
(ZnGa2O4)1-x(MgFe2O4)x, где х=0,01÷0,10.
A semiconductor ferrimagnetic material characterized by a paramagnetic transition temperature Т К = 470-520К, which is a solid solution of zinc, aluminum, magnesium and iron oxides corresponding to the formula
(ZnAl 2 O 4 ) 1-x (MgFe 2 O 4 ) x ,
or a solid solution of oxides of zinc, gallium, magnesium and iron, corresponding to the formula
(ZnGa 2 O 4 ) 1-x (MgFe 2 O 4 ) x , where x = 0.01 ÷ 0.10.
RU2007105127/02A 2007-02-12 2007-02-12 Semiconductor ferrimagnetic material RU2392680C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105127/02A RU2392680C2 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Semiconductor ferrimagnetic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007105127/02A RU2392680C2 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Semiconductor ferrimagnetic material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007105127A RU2007105127A (en) 2008-08-20
RU2392680C2 true RU2392680C2 (en) 2010-06-20

Family

ID=39747556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007105127/02A RU2392680C2 (en) 2007-02-12 2007-02-12 Semiconductor ferrimagnetic material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2392680C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626209C2 (en) * 2015-12-21 2017-07-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (ИХТТ УрО РАН) Complex oxid of cadmium and iron and method of its production
RU184680U1 (en) * 2018-07-13 2018-11-02 Сергей Александрович Мосиенко PROTECTED LABEL

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2436859C2 (en) * 2010-03-04 2011-12-20 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Semi-conducting ferrimagnetic material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1167997C (en) * 1984-02-27 1995-01-09 Научно-исследовательский институт "Домен" Ferrite monocrystal material
RU1732706C (en) * 1990-04-27 1995-03-10 Научно-исследовательский институт "Домен" Ferrite monocrystalline material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1167997C (en) * 1984-02-27 1995-01-09 Научно-исследовательский институт "Домен" Ferrite monocrystal material
RU1732706C (en) * 1990-04-27 1995-03-10 Научно-исследовательский институт "Домен" Ferrite monocrystalline material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PEARTON S.J. et al. Effects of defects and doping on wide band gap ferromagnetic semiconductors. Physica B: Condensed Matter Volumes 340-342, 31 December 2003, p.39-47. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626209C2 (en) * 2015-12-21 2017-07-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (ИХТТ УрО РАН) Complex oxid of cadmium and iron and method of its production
RU184680U1 (en) * 2018-07-13 2018-11-02 Сергей Александрович Мосиенко PROTECTED LABEL

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007105127A (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goktas High-quality solution-based Co and Cu co-doped ZnO nanocrystalline thin films: Comparison of the effects of air and argon annealing environments
Kolesnik et al. Absence of room temperature ferromagnetism in bulk Mn-doped ZnO
Elilarassi et al. Structural, optical and magnetic characterization of Cu-doped ZnO nanoparticles synthesized using solid state reaction method
Sun et al. Oxygen vacancies driven size-dependent d0 room temperature ferromagnetism in well-dispersed dopant-free ZnO nanoparticles and density functional theory calculation
Goktas et al. Influence of pH on the structural optical and magnetic properties of Zn1− xMnxO thin films grown by sol–gel method
Goktas et al. Effect of preparation technique on the selected characteristics of Zn1− xCoxO nanocrystalline thin films deposited by sol–gel and magnetron sputtering
Ilyas et al. Alteration of Mn exchange coupling by oxygen interstitials in ZnO: Mn thin films
Kolesnik et al. Origin of Spin-Glass Behavior of Zn1− x Mn x O
Yılmaz et al. Structural, optical and magnetic properties of Zn1− xMnxO micro-rod arrays synthesized by spray pyrolysis method
Wang et al. A comparative study on the ferromagnetic properties of undoped and Mn-doped ZnO
Farha et al. Structural, optical, and magnetic study of dilute magnetic semiconducting Co-doped ZnO nanocrystals synthesized using polymer-pyrolysis route
Guo et al. Ba (Zn, Co) 2 As 2: A diluted ferromagnetic semiconductor with n-type carriers and isostructural to 122 iron-based superconductors
Joseph et al. Structural, magnetic and optical studies of Zn0. 95Mn0. 05O DMS
Sebastian et al. Structural, magnetic and optical studies of (Zn0. 90Co0. 05Ni0. 05O) DMS
Patra et al. Studies on structural and magnetic properties of Co-doped pyramidal ZnO nanorods synthesized by solution growth technique
RU2392680C2 (en) Semiconductor ferrimagnetic material
Fang et al. Structure and properties variations in Zn1− xCoxO nanorods prepared by microwave-assisted hydrothermal method
Devkar et al. Yttrium doping induced modifications in the electrical properties of cobalt zinc ferrite
Ashraf et al. Structural and magnetic properties of Mn/Fe co-doped ZnO thin films prepared by sol–gel technique
Sagar et al. Synthesis and magnetic behaviour of Mn: ZnO nanocrystalline powders
Ilyas et al. High temperature ferromagnetic ordering in c-axis oriented ZnO: Mn nanoparticle thin films by tailoring substrate temperature
Poornaprakash et al. Achieving enhanced ferromagnetism in ZnTbO nanoparticles through Cu co-doping
Muniraja et al. Structural, morphological, optical, photoluminescence, and magnetic properties of Zn1-xNixO nanoparticles
Kane et al. Magnetic and optical properties of single crystals of transition metal doped ZnO
Xue-Chao et al. Difference in magnetic properties between Co-doped ZnO powder and thin film

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100512