一种同轴自旋电容及制备方法与流程

本发明涉及自旋电子器件制备技术领域，特别是一种同轴圆柱形自旋电容及制备方法。

背景技术：

21世纪面临的巨大的挑战之一是能量存储，另一方面自旋电子器件由于可以对物质的磁性和介电等性质进行调控，在信息存储方面已经有很广泛的应用。将这两个方面结合起来就产生了一个新的概念—自旋电容。和普通电容相比，它不仅可以存储电荷，更重要的是可以储存自旋。目前，在金属(Science，2007，315，349-351)和半导体(Science，2003，301, 943-945 )中已经成功实现了电场对矫顽场调控。电场对居里温度的调控也在金属(Nature，2000，408, 944-946)和半导体(Nat.Mater，2011，10, 853-856)中实现了。但是电场对饱和磁矩调控的研究还是非常少。有报道在铁磁半导体(Ga,Mn)As中发现了电场对饱和磁矩调控的可行性(Nat. Phys，2010，6，22-25)，但是由于只能在低温下实现，不利于实际应用。另外同样的效应也在铁磁金属中发现了，然后制备这类器件需要先进的薄膜制备技术，比如磁控溅射，分子外延等，这导致其成本较高，制备过程比较烦琐，不适合大量生产。另外，自旋电容的物理原理是表面磁电效应，为了将表面磁电效应应用于实践，需要解决两大问题。当铁磁物质暴露在电场中时，其两个表面的效应会相互抵消，所以一个问题是怎么样避免这种抵消效应；第二个问题是为了表面磁电增强效应，必须极大地增加铁磁物质的比表面积。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种同轴自旋电容及制备方法，该自旋电容中所存储的电子自旋方向一致，可以存储电子自旋信息。且具有制备方法操作步骤简单，成本低，易于实施，安全，环保等优点。可应用于在自旋电子器件，信息存储和能量存储等领域。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种同轴自旋电容，特点是：在非磁性导体表面沉积一层磁性材料，形成磁性材料包裹的同轴电极，将该同轴电极插入导电离子溶胶中与相应的对电极组成同轴自旋电容，其中：所述非磁性导体为铜、铝、银、金、铂等导电金属及合金、氟掺杂的氧化锡或氧化铟锡导电氧化物；所述磁性材料为镍、钴、铁、钆等铁磁金属及其合金或单分子磁体(如锰或铁的多核)等分子磁性材料；所述导电离子溶胶为导电离子液制成的离子胶；所述对电极为铜、铝、银、金、铂等导电金属及其相应的合金、氟掺杂的氧化锡或氧化铟锡导电氧化物。

一种上述同轴自旋电容的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)先将非磁性导体在溶剂中超声5～30分钟，然后浸泡在0.005～0.05mol/L的酸溶液中1分钟；拿出后用去离子水洗净；

(2)配制磁性材料的电镀液，调节pH值到1.0～7.0；

(3)将电镀液加热到5～70℃后，将非磁性金属和碳棒分别作为正极和负极放入电解液中，通过电化学工作站的恒电流法对其施加电流，得到磁性材料包裹的同轴电极；

（4)将聚偏苯乙烯-六氟丙烯共聚物，导电离子液和去水丙酮溶在一起，放入真空干燥箱里干燥，得到导电离子溶胶，其中，三者的质量比为1:1～10:1～10；

(5)将磁性材料包裹的同轴电极插入步骤（4）所制备的导电离子溶胶中，然后插入铜、铝、银、金、铂及相应的合金、氟掺杂的氧化锡或氧化铟锡导电氧化物作为对电极，得到同轴自旋电容；其中：

所述溶剂为水、乙醇或丙酮；所述酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液；

所述非磁性导体为铜、铝、银、金、铂等导电金属及其相应的合金、氟掺杂的氧化锡或氧化铟锡等导电氧化物；

所述磁性材料为镍、钴、铁、钆等铁磁金属及其相应的合金或锰、铁、钴，镍的有机配合物分子磁体；所述施加电流的大小为-1×10^-4 ～-1×10^-3A；时间为0.1～2s；

所述导电离子液由季铵盐阳离子、季鏻盐阳离子、咪唑盐阳离子或吡咯盐阳离子与卤素阴离子、四氟硼酸根阴离子或六氟磷酸根阴离子组成；

所述对电极为铜、铝、银、金、铂等导电金属及其相应的合金、氟掺杂的氧化锡或氧化铟锡导电氧化物。

一种同轴自旋电容的应用在自旋电子器件、信息存储和电量存储中的应用。

与现有技术相比，本发明有益效果：

本发明的同轴自旋电容所存储的电子自旋方向一致，可以存储电子自旋信息，所存储电子自旋信息量可由同轴电极的数量调节，可应用于自旋电子器件，信息存储和能量存储等领域，其制备方法操作步骤简单，原料易得，成本低，耗能少，效率高，易于实施；所用试剂数量少，整个制备过程满足绿色化学的要求，安全、环保。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的同轴自旋电容的示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例1制备得到的自旋电容中铜/镍丝的透射电镜和原子力显微镜图像,其中(a)为铜/镍丝的透射电镜图；(b)为扫描透射显微镜图及相对应的能谱图；(c)为铜/镍丝的原子力显微镜图；(d)为选区电子衍射图案；(e)(f)为铜/镍丝的高分辨透射显微镜图像；(g)(h)分别显示了镍和铜的晶面间距；

图4为本发明实施例1制备得到的自旋电容加压前后饱和磁矩的变化示意图；

图5为本发明实施例1制备得到的自旋电容加压前后饱和磁矩的增量随插入铜/镍丝根数变化的曲线图；

图6为本发明实施例2制备得到的自旋电容加压前后饱和磁矩的变化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。以下通过实施例对本发明做进一步的阐述，其目的是为了更透彻理解本发明的内容，凡所举之例不视为对本发明保护范围的限制。

实施例1

基于Cu/Ni的同轴圆柱形自旋电容的制备

本实施例以铜作为非磁性导体，镍作为磁性材料，具体步骤如下：

(1)先将铜丝在丙酮中超声15分钟，然后浸泡在0.01mol/L的盐酸溶液中1分钟。拿出后用去离子水洗净；

(2)将550g/L的六水硫酸镍，75g/L的六水氯化镍，40g/L的硼酸和60mg/L的十二烷基硫酸钠溶于水中配成溶液作为电镀液，然后将溶液的pH调到4；

(3)将电镀液加热到55℃后，将铜丝和碳棒分别作为正极和负极放入电解液中，通过电化学工作站的恒电流法对其施加-5×10^-4 A的电流0.5秒，得到镀镍的铜丝，对其进行透射电镜和原子力显微镜的测试，结果如图3所示，证明镍的生长是外延的且结晶度很好；

(4)将聚偏苯乙烯-六氟丙烯共聚物，离子液和去水丙酮溶在一起，混合均匀；三者的质量比=1:4:7；然后将混合好的溶液注入塑料管中，放入70℃的真空干燥箱里24小时，得到导电离子溶胶；

(5)将步骤(3)得到的镀镍铜丝插入步骤(4)制成的导电离子溶胶中，根数可调；

（6）插入铂对电极，得到基于Cu/Ni的同轴圆柱形自旋电容，示意图如图1、图2。

对本实施例制备得到的自旋电容加压前后的磁性进行测量，结果如图4，饱和磁矩的增量高达20%，证明了器件的优秀性能。图5为饱和磁矩增量随着插入铜/镍丝根数变化而变化的规律，结果表明饱和磁矩的增量还可以通过增加铜/镍丝的根数而进一步增加。

实施例2

基于Cu/FePt的同轴圆柱形自旋电容的制备

本实施例以铜作为非磁性导体，铁铂合金作为磁性材料，具体步骤如下：

(1)先将铜丝在丙酮中超声15分钟，然后浸泡在0.01mol/L的盐酸溶液中1分钟。拿出后用去离子水洗净；

(2)将40g/L的氯化铁，12g/L的氯铂酸铵，15g/L的氯化钾和100mg/L的十二烷基硫酸钠溶于水中配成溶液作为电镀液，然后将溶液的pH调到4；

(3)将电镀液加热到58℃后，将铜丝和碳棒分别作为正极和负极放入电解液中，通过电化学工作站的恒电流法对其施加-5×10^-4 A的电流0.5秒，得到镀上铁铂合金后的铜丝；

(4)将聚偏苯乙烯-六氟丙烯共聚物，离子液和去水丙酮溶在一起，混合均匀；三者的质量比=1:4:7；然后将混合好的溶液注入塑料管中，放入70℃的真空干燥箱里24小时，得到导电离子溶胶；

(5)将步骤(3)得到的镀镍铜丝插入步骤(4)制成的导电离子溶胶；根数可调；

（6）插入铂对电极，得到基于Cu/Ni的同轴圆柱形自旋电容。

对本实施例制备得到的自旋电容加压前后的磁性进行测量，结果如图6。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。