一种拓扑半金属纳米结构TaAs纳米线及其制备方法

本发明涉及一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线及其制备方法，属于纳米材料。

背景技术：

1、拓扑半金属有全新的拓扑电子态，具备奇异的磁输运性质，并且表现出极高的载流子迁移率等优良的物理性质，是目前量子材料研究领域的热点和前沿。但是由于块状的拓扑半金属材料存在体金属态，我们通过常用的输运测试来观测其表面的费米弧是极具挑战性的，而纳米结构具有高的表面体积比，可以最小化体态的贡献，是研究费米弧的有力手段。

2、2015年，复旦大学修发贤课题组对拓扑半金属材料cd3as2纳米带和纳米线进行了相关研究，实验结果表明该材料具有超高载流子迁移率(超过32000cm2/vs)和明显的sdh(shubnikovde haas)振荡。2016年，国内的研究团队报道了单晶cd3as2纳米线中的aharonov–bohm振荡，提供了三维狄拉克半金属中表面态的另一个输运证据。2018年，吴三丰等人在高达100k的温度下，观测到了单层wte2中的量子自旋霍尔效应（本征超导），并且wte2可以很容易地与其他2d材料结合形成范德瓦尔斯异质结构，这是一个很有前途的材料体系。

3、一直以来weyl 半金属单晶的研究进展迅速，但相关器件物理的研究一直受到限制，因为缺乏易于集成到纳米器件中的理想材料体系。一个重要的原因是，迄今为止发现的大多数 weyl 半金属都含有重过渡金属，它们通常显示出低蒸汽压，因此很难通过传统的薄膜合成技术生长，例如分子束外延和脉冲激光沉积。目前尚无关于taas纳米线及其制备方法的相关报道。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线及其制备方法。采用化学气相沉积法(cvd)，以tacl5粉末和as块作为原材料， h2和ar作为载气，镀有金膜的二氧化硅为衬底，在带抽真空的水平双温区管式炉中进行生长，成功得到了taas纳米线。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，方法步骤包括：

4、（1）按照tacl5: as的质量比为1:1.5~3称取原料tacl5和as，；原料tacl5和as的纯度大于等于99.99%；

5、（2）将原料间隔放置于样品舟中，样品舟和镀金硅片放置于玻璃管中；

6、（3）将玻璃管放置于干燥的石英管中，密封，将石英管抽真空至小于等于10-3torr（1torr=133.322pa），接着使用氩气洗气10-30min；

7、（4）通入氩气和氢气，使石英管内气压为190-210torr；

8、（5）将石英管放置于管式炉中，首先自室温升温至940~960℃，保温10~30min，然后降温至700±5℃，自然冷却；tacl5、as和镀金硅片在玻璃管中的位置根据管式炉内温度场分布进行摆放，使tacl5、as分别分布在各自沸点以上5℃范围内；

9、（6）打开石英管，取出硅片，得到一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线。

10、优选的，步骤（2）中，镀金硅片中金的厚度为20~50nm。

11、优选的，步骤（3）中，在200±10℃下，对石英管退火2h以上，得到干燥的石英管。

12、优选的，步骤（3）中，氩气流速为200~450sccm。

13、优选的，步骤（4）中，氩气流速为48~95sccm，氢气流速为2~5sccm。

14、优选的，步骤（5）中，首先自室温经过50~60min升温至940~960℃，保温10~30min，然后20±5min内降温至700±5℃。

15、一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线，通过以上方法制备得到。

16、有益效果

17、本发明利用化学气相沉积方法将不可解理的weyl半金属taas直接生长在硅片上，首次实现了对外尔半金属taas纳米结构的合成。本发明同时为后续研究其物理性质提供了材料基础，例如表面态迁移率等。

18、本发明采用管式炉单温区加热的方法，将镀有金膜的硅片和生长原料放在高温加热的石英管中合适的位置，并进一步优化了生长条件（如生长温度、氢气氩气比例、气体流速、原料质量等）。

技术特征：

1.一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：

2.如权利要求1所述的一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，镀金硅片中金的厚度为20~50nm。

3.如权利要求1所述的一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，在200±10℃下，对石英管退火2h以上，得到干燥的石英管。

4.如权利要求1所述的一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，氩气流速为200~450sccm。

5.如权利要求1所述的一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，氩气流速为48~95sccm，氢气流速为2~5sccm。

6.如权利要求1所述的一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，首先自室温经过50~60min升温至940~960℃，保温10~30min，然后20±5min内降温至700±5℃。

7.一种拓扑半金属纳米结构taas纳米线，其特征在于：通过权利要求1~6任意一项所述方法制备得到。

技术总结
本发明涉及一种拓扑半金属纳米结构TaAs纳米线及其制备方法，属于纳米材料技术领域。按照TaCl<subgt;5</subgt;:As的质量比为1:1.5~3称取原料TaCl<subgt;5</subgt;和As，并间隔放置于样品舟中；将样品舟和镀金硅片放置于玻璃管中；将玻璃管放置于干燥的石英管中，密封，并通入氩气和氢气调节气压，然后将石英管放置于管式炉中，首先自室温升温至940~960℃，保温10~30min，然后降温至700±5℃，自然冷却，在石英管中得到所述TaAs纳米线。利用化学气相沉积方法将不可解理的Weyl半金属TaAs直接生长在硅片上，实现TaAs纳米线的合成。

技术研发人员：王秩伟,杨莹,赵林淼,黄丽静
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15