单晶及其制备方法和应用
【技术领域】
[00011本发明涉及PtBi2材料及其制备领域，具体涉及一种PtBi2单晶及其制备方法和应 用。
【背景技术】
[0002] 巨磁电阻（也常简称巨磁阻）材料是指在外磁场的作用下电阻发生显著变化的一 类功能性材料，当该类材料的电阻随外磁场的变化十分巨大时，也被称为超磁电阻材料。由 于它们在电磁器件如磁头、磁传感器、磁开关、磁记录以及磁电子学等方面具有巨大的应用 前景，因此引起了人们极大的兴趣，对它的研究近年来已成为物理学和材料化学的一个前 沿领域。
[0003] 巨磁电阻材料不仅可以被利用来扩大磁储存装置读写头的敏感度，如:磁储存，硬 盘;还可以开发出新的自旋电子学器件。常规磁阻通常在非磁性化合物和化学元素中发现， 它是一个非常微弱的效应，通常只有百分之几的变化量级。通常，导体在磁场作用下，其磁 阻与磁场呈平方关系，而且在相对低的磁场下就会饱和，一般磁阻都比较小。在磁信号探测 器方面的应用特别需要在室温附近的线性巨磁电阻效应。
[0004] 目前主要的用来解释线性磁电阻的两个模型为量子模型（A.A. Abrikosov， Sov.Phys.JETP 29,746(1969)；A . A . Abrikosov ,Phys. Rev .B 58,2788(1998)； A.A.Abrikosov，EPL 49,789(2000)·)和经典模型（M.M.Parish and P.B.Littlewood， Nature 426,162(2003).)。量子模型认为量子线性磁阻在量子极限下出现，此时所有电子 都填充在最低的朗道能级。经典的线性磁阻是由无序导致，可能出现在高无序系统，甚至低 无序高迀移率的系统，以及薄膜和量子Hall系统中。量子模型常应用于具有零能隙以及线 性色散的材料系统中，如拓扑绝缘体、石墨烯、狄拉克半金属SrMnBi 2以及铁基超导母体。经 典线性磁阻模型常应用于非均匀的InSb、拓扑绝缘体、石墨烯、以及狄拉克半金属Cd 3As2中。 非常有趣的是经典线性磁阻效应也经常出现在具有线性色散关系的材料中，这或许是由于 它们的高迀移率。在高迀移率的样品中即使小的无序也可以导致线性磁阻。当载流子浓度 太大以至于不可能达到量子极限时，在无需系统中线性磁阻可能能够被经典模型描述。
[0005] 对于PtBi2材料大约上世纪50-60年代，国外已有报道成功合成PtBi2材料 (T. Biswas ,and K.Schubert,Journal of the Less Common Metals 19,223(1969) ·)，但 是至今未有制备出PtBi2单晶的报道，尚未有对PtBi2单晶中存在巨磁阻效应以及作为巨磁 阻材料应用的研究。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题，提供一种新型的PtBi2单晶及其制备方法和应用。
[0007] 本发明通过以下技术方案实现：一种PtBi2单晶，该晶体为六方晶系，其空间群为 Ρ-3(Νο· 147)，晶胞参数为：a = b =.6:.57 A, C = 6..16 Α,α = β = 90°，γ =120°，晶胞体积 为:2.3父10-281113。本发明第一次制备出？七8丨2单晶。
[0008] 本发明还提供一种制备PtBi2单晶的方法，包括如下步骤：
[0009] 1)将Pt和Bi以摩尔比1:7.5~8.5在氩气气氛中进行研磨，得到混合粉末；
[0010] 2)将上述混合粉末置于真空容器中，在温度1223~1323K下煅烧500~700min;
[0011] 3)然后降温至823~923K，离心得到PtBi2单晶。
[0012]本发明通过Pt和Bi在高温熔融状态发生固相反应，合成新的PtBi2单晶。高温煅烧 使Pt和Bi充分反应生成PtBi2,并充分熔解在以Bi做自助熔剂的液体中。通过缓慢降温，使 晶粒缓慢析出，并生长成大的单晶。再通过离心将单晶与助熔剂分离，最终得到PtBi 2单晶。 [0013]作为改进，所述的Pt和Bi均为单质粉末，单质粉末的粒径小于ΙΟμπι。粉末状的Pt和 Bi便于研磨，使得混合更加均匀。
[0014] 作为改进，所述的研磨时间为20~40min。使得Pt和Bi颗粒尽可能细，混合更加均 匀，加速了固相反应的进行。
[0015] 作为改进，所述的真空容器为真空石英管。作为进一步改进，所述的真空度不大于 O.lPa。在真空条件下，反应物之间不受空气中氧气等气体的影响，在一定程度上降低了氧 化物等杂质的生成。
[0016] 作为改进，所述的步骤2)中煅烧的升温速度为0.8~1.2K/min。
[0017]作为改进，所述的步骤3)中降温速度为2.4~3.6K/h。缓慢降温，使得能够得到形 式稳定存在的单晶块体。
[0018]本发明还提供一种PtBi2单晶作为巨磁电阻材料中的应用。
[0019] 本发明所合成的PtBi2单晶具有很好的巨磁阻性质：其磁阻在T = 2K和磁场μ〇Η = 15Τ时磁阻(MR定义为[ρ(Η)-ρ(0)]/ρ(0))为684%，并且并未饱和。即使在室温Τ = 300Κ时磁 阻在μ〇Η= 15Τ仍达到61 %。
[0020]同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0021] (1)本发明提供了一个新的PtBi2单晶，制备方法简单，产率高。
[0022] (2)本发明制备得到的PtBi2单晶具有线性巨磁阻效应，不受居里温度低等限制， 可以作为一种新的巨磁电阻材料，在自旋电子学、信息储存等领域具有广阔的应用前景，还 可以刺激许多材料物理和低温物理的研究。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1中PtBi2单晶的晶格结构不意图；
[0024]图2为本发明实施例1中PtBi2单晶的ab平面的晶格结构示意图；
[0025]图3为本发明实施例1中PtBi2单晶的的室温单晶X射线衍射图谱；
[0026]图4为本发明实施例1中PtBi2单晶在不同磁场下(μ〇Η=0,5，10，15Τ)电阻率随温度 变化的曲线(磁场平行于c轴方向）；
[0027]图5为本发明实施例1中PtBi2单晶在不同温度下〇 = 2,20,60，100,3001〇磁阻随 磁场强度Η的变化(磁场平行于c轴方向）；
[0028]图6为本发明实施例1中PtBi2单晶的Hall系数(Rh)随温度的变化曲线；
[0029]图7为本发明实施例1中PtBi2单晶的Hall迀移率(μ)(左边轴，实心方块）以及磁阻 斜率（dMR/dB)(右边轴，空心圆）随温度的变化曲线；其插图展示了PtBi2样品的磁阻斜率 (dMR/dB)随Hall迀移率(μ)的变化。
【具体实施方