Спосіб отримання нанокомпозитних напівпровідникових матеріалів з феромагнітними властивостями на основі шаруватих кристалів inse, in2se3, inte

Реферат: Спосіб отримання нанокомпозитних напівпровідникових матеріалів, які мають феромагнітні властивості при кімнатній температурі, ґрунтується на методі електрохімічного впровадження (інтеркалювання) іонів кобальту у міжшаровий простір монокристалів шаруватих напівпровідників InSe, In2Se3, InTe. Процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в градієнтному магнітному полі, направленому перпендикулярно напрямку електричного струму. UA 106400 U (12) UA 106400 U UA 106400 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології одержання феромагнітних напівпровідникових матеріалів і може бути використана у напівпровідниковому та спінтронному приладобудуванні, а також як об'єкти дослідження фізичних явищ та процесів взаємодії напівпровідникових та магнітних систем. Відомі способи отримання напівпровідникових інтеркалатних матеріалів (наприклад, Григорчак І.І. Інтеркаляція: здобутки, проблеми, перспективи // ФХТТ. - 2001. - Т. 2, № 1. - С. 755), які дозволяють впроваджувати в шаруваті напівпровідники різноманітні елементи. Методом, взятим за основу запропонованого рішення, є електрохімічне впровадження за допомогою "тягнучого поля" (Григорчак И.И., Ковалюк З.Д., Юрценюк С.П. Получение и свойства ІІІ VI интеркалированных слоистых соединений типа A B // Изв. АН СССР. Сер. Неорган. матер. 1981. - Т. 17, № 3. - С. 412-415), який полягає у впровадженні домішкових катіонів (аніонів) розрядом з електроліту на халькогенідний катод (InSe). Як електроліт використовується насичений водний розчин солі CoSO4. До недоліків даного методу належить обмеження на параметри режимів електрохімічного способу інтеркалювания елементами групи заліза, зумовлені їх невисоким потенціалом виділення (що звужує область регулювання потенціалами процесу, при яких неможлива металізація поверхні, чи входження гідратованих комплексів). Крім цього, відсутні дані про вплив магнітного поля па процес інтеркалювання та феромагнітні властивості напівпровідникових кристалів InSe, In2Se3, ІnТе, інтеркальованими елементами групи заліза. В основу корисної моделі поставлена задача отримати напівпровідникові матеріали, які би мали феромагнітні властивості при кімнатній температурі. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання нанокомпозитних напівпровідникових матеріалів із феромагнітними властивостями, який полягає у впровадженні 2+ у ван-дер-ваальсові щілини монокристалів InSe, In2Se3, ІnТе атомів Со , згідно з корисною моделлю, вихідні зразки в процесі впровадження розміщують в градієнтному магнітному полі, яке створюється постійними магнітами Nd2Fe14B, в місці розташування зразка (на фронті інтеркаляції) величина магнітного поля становить  0,7 Т/см, а значення градієнта магнітного 2 поля H(dН/dz) змінюється від 0,08 до 0,12 Τ /см. Спосіб забезпечує отримання феромагнітних напівпровідникових матеріалів на основі шаруватих кристалів InSe, In2Se3, ІnТе, однорідно інтеркальованих по об'єму, що поєднують в собі напівпровідникові властивості з високими значеннями магнітних характеристик. Використання запропонованого способу забезпечує отримання нанокомпозитних шаруватих напівпровідникових кристалів Со0,15InSe, Со0,15In2Se3, Со0,15ІnТе (х - кількість впроваджених атомів Со на одну формульну одиницю шаруватого кристалу) з вираженими феромагнітними властивостями. Це пояснюється тим, що для інтеркалатів Со 0,15InSe, Со0,15In2Se3, Со0,15ІnТе, отриманих впровадженням у градієнтному магнітному полі, залежність питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля, виміряна вздовж та впоперек шарів інтеркалатів Со0,15InSe, Со0,15In2Se3, Со0,15ІnТе має вигляд петлі гістерезису, на відміну від інтеркалатів Со0,15InSe, Со0,15In2Se3, Со0,15ІnТе, отриманих без магнітного поля, для яких подібна залежність не спостерігається. Фіг. 1. Магнітний профіль Η (темні кола - експериментальні точки, суцільна лінія розрахункова крива) системи із двох магнітів Nd2Fe14B, які використовувались в електрохімічній комірці при інтеркаляції кобальту в InSe. На вставці - значення H(dН/dz) на ділянці L. Фіг. 2, 3, 4. АСМ-зображення поверхні Со0,15InSe (a), Со0,15In2Se3 (б) та Со0,15ІnТе (в), інтеркальованих кобальтом в градієнтному магнітному полі. Фіг. 5, 6, 7. Залежність питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля при температурі Т= 300 К для кристалів Со0,15InSe (a), Со0,15In2Se3 (б) та Со0,15ІnТе (в), інтеркальованих кобальтом в градієнтному магнітному полі: 1 - магнітне поле при вимірюванні  направлено перпендикулярно осі c шаруватого кристалу, 2 - магнітне поле при вимірюванні  направлено паралельно осі c . Процес одержання напівпровідникового матеріалу, згідно із запропонованим способом, починається із виготовлення та відбору вихідних зразків InSe, In2Se3, ІnТе. Монокристали InSe, In2Se3 були вирощені методом Бріджмсна із розплавів стехіометричного складу, а ІnТе - із розплаву нестехіометричного складу. Отримані матеріали характеризувались шаруватою структурою по всій довжині зливка. Проведений рентгенівський аналіз показав, що 5 монокристали InSe мають ромбоедричну структуру γ-політипу (просторова група С 3V). Монокристали In2Se3 мають структуру α-політипу, яка описується просторовою групою R3mH тригональної сингонії. Параметри кристалічної ґратки складають для InSe a=4,003 Å, с=24,9553 Å, а для In2Se3 а=4,05 Å, с=28,771 Å відповідно. Структурні характеристики ІnТе становили а=8,455 Å, с=7,136 Å (просторова група I4/mcm) Ширина міжшарового простору 1 UA 106400 U 5 10 15 20 25 30 35 монокристалів InSe, In2Se3, ІnТе набагато більша за величину іонного радіусу кобальту (Co) rCo=0,82 Å, що дозволяє реалізувати ефективне інтеркалювання зразків InSe, In2Se3, ІnТе без їх руйнування. Електрохімічна інтеркаляція кобальту здійснювалась методом "тягнучого" електричного поля. Як електроліт використовували насичений водний розчин CoSO4. Для інтеркалювання використовували зразки InSe, In2Se3, InTe, розмірами 551 мм. Оскільки dелемепти мають невисокий потенціал виділення, впровадження проводили в 2 гальваностатичному режимі струмами, густина яких не перевищувала 0,4 мА/см , при цьому не спостерігалось осадження впроваджуваної домішки або її солей на зразках та електродах електрохімічної комірки. Під дією зовнішнього постійного електричного поля відбувалось впровадження іонів Со в міжшаровий простір кристалів InSe, In2Se3, InTe. Режими інтеркалювання задавались величиною густини струму j, ступінь інтеркалювання (концентрація інтеркалянта) визначалась добутком jt. Для інтеркалювання використовували зразки, сколені з однієї шайби, вплив концентрації впровадженого кобальту на властивості InSe, In2Se3, InTe визначався на одній і тій же групі зразків шляхом доінтеркаляції. Впровадження відбувалось у закритій електрохімічній комірці типу ЯСЕ-2 без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=300 К). Структура ван-дер-ваальсівських поверхонь зразків InSe, In2Se3, InTe, інтеркальованих кобальтом, досліджувалась методом атомно-силової мікроскопії (АСМ) з використанням мікроскопа Nanoscope IIIa Dimension 3000SPM. Радіус зонда становив не більше 10 нм, а всі вимірювання проводили ex situ. Магнітні характеристики інтеркалатів Со0,15InSe, Со0,15In2Se3 та Со0,15ІnТе визначали методом магнітометрії на вібраційному магнітометрі "Vibrating Magnetometer 7404 VSM" в магнітних полях, напруженістю до 3000 ерстед без захисної атмосфери при кімнатній температурі (Т=300 К). З метою визначення впливу постійного магнітного поля В на впровадження елементів групи заліза (Co) в шаруваті напівпровідники, інтеркалювання проводили як у відсутності магнітного  поля, так і при його накладанні паралельно й перпендикулярно кристалографічній вісі c кристалу. Градієнтне магнітне поле створювали магнітами Nd 4Fe14B, відстані між якими становила 1 см. Зразки InSe, In2Se3, InTe розташовували посередині між магнітами, паралельно площині останніх; в місці розташування зразка (па фронті інтеркаляціїї) величина градієнта 2 магнітного поля становила 0,7 Т/см, а величина H(dH/dz) змінювалась від 0,08 до 0,12 Т /см (фіг. 1). На АСМ-зображенні ван-дер-ваальсової поверхні інтеркалатів Со0,15InSe (Фіг. 2.), Со0,15In2Se3 (Фіг. 3), та Со0,15ІnТе (Фіг. 4) інтеркальованих в градієнтному магнітному полі, спостерігається багато наноутворень інтеркалянта різноманітної форми. Інтеркалати Со0,15InSe, Со0,15In2Se3 та Со0,15ІnТе представляють собою нанокомпозитний матеріал, який складається з шаруватої матриці і масивів нанорозмірних кілець та нанодротів, сформованих з нанокристалів кобальту на ван-дер-ваальсівських поверхнях кристалів InSe, In2Se3, InTe. Дослідження залежності питомого магнітного моменту від напруженості магнітного поля для інтеркалатів Со0.15InSe, Со0.15In2Se3 та Со0.15ІnТе, отриманих електрохімічним інтеркалюванням в градієнтному магнітному полі, проілюстровані на фіг. 5, 6, 7. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб отримання нанокомпозитних напівпровідникових матеріалів, які мають феромагнітні властивості при кімнатній температурі, ґрунтується на методі електрохімічного впровадження (інтеркалювання) іонів кобальту у міжшаровий простір монокристалів шаруватих напівпровідників InSe, In2Se3, InTe, який відрізняється тим, що процес впровадження іонів кобальту відбувається у зразки, які розташовані в градієнтному магнітному полі, направленому перпендикулярно напрямку електричного струму. 2 UA 106400 U 3 UA 106400 U 4 UA 106400 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5