铁磁半导体居里温度全球新纪录：新材料实现 530 K

东苑

科技媒体 NeoWin 今天（7 月 8 日）发布博文，报道称日本科学家成功研发新型铁磁半导体（FMS），可在更高温度下工作，在 530 K（约 256.85 ℃）时达到居里温度。

IT之家注：居里温度是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。

它代表着磁性材料的理论工作温度极限，居里温度的大小由物质的化学成分和晶体结构决定，例如铁的居里温度约 770℃，钴的居里温度约 1131℃。

在 Pham Nam Hai 教授的领导下，来自东京科学研究所的科研团队成功研发新型铁磁半导体，相比较现有材料，能够在更高温度下工作。



在众多材料中，掺铁的窄带隙 III-V 族半导体，如 (In,Fe) Sb 和 (Ga,Fe) Sb，因其在高居里温度方面的潜力，而成为研究的重点。然而，在不破坏晶体结构的情况下，引入大量如铁这样的磁性元素一直是一个巨大的挑战。

在这个新研究中，东京团队找到了解决这个问题的方法。他们使用了一种称为步进流生长（step-flow growth）的技术，在稍微倾斜（约 10° 偏轴）的 GaAs（100）基底上生长（Ga,Fe）Sb 薄膜。这种方法在不破坏材料结构前提下，最高可以引入 24% 的铁。



凭借这一技术，团队创建了 (Ga₀.₇₆Fe₀.₂₄) Sb 薄膜，其居里温度在 470K 至 530K 之间，这是 FMS 研究中迄今为止报道的最高值。

为了确认磁性，团队使用了磁圆二色性光谱法，检查光与自旋极化电子态的相互作用。他们还使用 Arrott 图分析磁化数据，这是一种用于确定材料变为磁性的温度的技术。

样品中每个 Fe 原子的磁矩约为 4.5μB，接近锌矿结构中 Fe³⁺离子的理想 5μB。这大约是普通铁金属（α-Fe）磁矩的两倍。他们还测试了长期耐用性。一个 9.8nm 厚的薄膜在开放空气中存放 1.5 年后，尽管居里温度略微下降至 470K，仍显示出强烈的磁性。

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