一種新型化合物Ca₂CrO₄晶體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種Ca2CrO4晶體，所述Ca2CrO4晶體為四方晶體結構，空間群為I41/acd，晶格參數(shù)為上述Ca2CrO4晶體對于完善A?Cr?O材料體系和對其進一步的系統(tǒng)研究具有重要意義。本發(fā)明還提供了上述Ca2CrO4晶體的制備方法及其在自旋電子學領域中的應用。
【專利說明】
一種新型化合物Ca2Cr〇4晶體及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種Ca2Cr〇4晶體，尤其涉及一種新型化合物Ca2Cr〇4晶體，以及該 Ca2Cr〇4晶體的制備方法。
【背景技術】
[0002] 含有Cr4+離子以及Cr06八面體配位的化合物通常需要高溫高壓條件才能合成。具 有該種結構的A-Cr-Ο(其中A為堿土金屬元素)化合物體系由于合成上的困難，對其研究還 很不充分，甚至還存在一些有爭議的結果。對于不同的A位元素，由于離子半徑的不同，導致 晶體結構發(fā)生畸變，進而導致不同的物理性質(zhì)。這是研究結構對磁性的調(diào)控以及帶寬調(diào)控 的Mott轉變的一個理想材料體系。
[0003] Sr-Cr-Ο體系中，簡單鈣鈦礦SrCr〇3、單層鈣鈦礦Sr2Cr〇4以及部分多層相Srn+ iCrnOsw均有合成的相關報道。
[0004] 而對于Ca-Cr-Ο體系，由于Ca2+離子半徑小，結構會發(fā)生畸變，因此合成更為困難， 目前已經(jīng)合成的只有簡單鈣鈦礦CaCr0 3。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，基于上述現(xiàn)有研究的空白，本發(fā)明的目的在于提供一種新型化合物Ca2Cr04 晶體及其制備方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種新型化合物Ca2Cr〇4晶體，其中，所述Ca2Cr〇4 晶體為四方晶體結構，空間群為Mi/acd，晶格參數(shù)為a=b=5.2055人，c=24.3288A。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的Ca2Cr〇4晶體，其中，所述Ca2Cr〇4晶體在X-射線衍射圖譜中包含 以下2Θ反射角測定的特征峰：14.56°、25.26°、32.84°、34.44°、37.56°、44.67°、45.86°、 49.50°、51.87°、57.59°、60.68°、68.85°和72.59°。優(yōu)選地，所述特征峰的晶面指數(shù)(hkl)分 別為004、112、116、020、024、0012、028、220、224、0212、136、2212和040。更優(yōu)選地，所述父-射 線衍射圖譜(XRD圖譜)如圖2所示。所述特征峰可以在上述特征峰正負0.2°的范圍之內(nèi)，即2 θ±0·2。。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明提供的Ca2Cr〇4晶體，其中，所述Ca2Cr〇4晶體為具有自旋玻璃磁性的半 導體。
[0009] 本發(fā)明還提供了上述Ca2Cr04晶體的制備方法，其中，所述制備方法包括以CaO和 Cr〇2為原料，在高溫高壓條件下通過固相反應法合成Ca2Cr〇4晶體的步驟。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中，所述CaO與所述Cr02的摩爾比為2:1。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中，所述高壓為1~lOGPa，優(yōu)選為5~6GPa，最優(yōu)選 為5.5GPa，所述高溫為800~1000°C，所述反應時間為10~lOOrnin，優(yōu)選為20~40min，最優(yōu) 選為30min。
[0012]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中，所述固相反應法包括:將按配比混合的CaO和 Cr02的混合物壓成圓柱片，用金箱包裹，進行固相反應。優(yōu)選地，所述圓柱片直徑可以為 6mm，厚度可以為2~3mm。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中，所述CaO和所述Cr02在充滿惰性氣氛的手套箱 中充分混合均勻。優(yōu)選地，所述惰性氣氛可以為Ar氣氛。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中，可以在六面頂壓機的高壓組裝塊中進行所述 固相反應。優(yōu)選地，在固相反應后，降溫并卸壓，剝開金箱，得到所述Ca 2Cr04晶體。
[0015] 具體地，本發(fā)明提供的制備方法可以包括：以CaO和Cr02為原料，在充滿Ar氣氛的 手套箱中充分混合均勻，壓成圓柱片，用金箱包裹，裝入高壓組裝塊中，在壓力5.5GPa，溫度 800°C~1000°C的條件下反應30min，降溫卸壓后將樣品取出，剝開金箱，即可得到Ca 2Cr〇4晶 體。
[0016] 本發(fā)明還提供了上述Ca2Cr04晶體或按照上述制備方法而制得的Ca 2Cr04晶體在自 旋電子學領域中的應用。優(yōu)選地，所述在自旋電子學領域中的應用可以為在磁性隨機內(nèi)存、 自旋場發(fā)射晶體管或自旋發(fā)光二極管中的應用。
[0017]以CaO和Cr02為原料，在高溫高壓的條件下，成功合成了Ca2Cr〇4晶體。與四方相 K2NiF4結構的反鐵磁性化合物Sr2Cr〇4相比，Ca2Cr〇4在低溫表現(xiàn)為自旋玻璃磁性，表明由于 Ca2Cr〇4中的結構畸變，抑制了長程磁有序的出現(xiàn)。Ca2Cr〇4的合成，對于完善A-Cr-Ο材料體 系和對其進一步的系統(tǒng)研究具有重要意義，可用于自旋電子學領域，例如磁性隨機內(nèi)存、自 旋場發(fā)射晶體管或自旋發(fā)光二極管等。
【附圖說明】
[0018] 以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方案，其中：
[0019] 圖1示出了本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體的結構示意圖；
[0020] 圖2示出了本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體的XRD圖譜及其指標化；
[0021]圖3示出了本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體在10k0e磁場下的磁化率和溫度的關系曲線； [0022]圖4示出了本發(fā)明的Ca2Cr04晶體的電阻率和溫度的關系曲線。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明，但是，應當理解為，這些實施例僅僅是 用于更詳細具體地說明之用，而不應理解為用于以任何形式限制本發(fā)明。
[0024] 本部分對本發(fā)明試驗中所使用到的材料以及試驗方法進行一般性的描述。雖然為 實現(xiàn)本發(fā)明目的所使用的許多材料和操作方法是本領域公知的，但是本發(fā)明仍然在此作盡 可能詳細描述。本領域技術人員清楚，在上下文中，如果未特別說明，本發(fā)明所用材料和操 作方法是本領域公知的。
[0025] 以下實施例中使用的試劑和儀器如下：
[0026]試劑：
[0027] CaO,購自Alfa Aesar;Cr〇2,購自 Sigma-Aldrich。
[0028] 儀器：
[0029] 樣品合成:六面頂壓機，購自國產(chǎn)鉸鏈式六面頂壓機；
[0030] XRD :X射線衍射儀，購自Rigaku;
[0031 ]磁性：振動樣品磁強計（SQUID VSM)，購自Quantum Design，型號SQUID VSM;
[0032] 電阻：物性測量系統(tǒng)(PPMS)，購自Quantum Design，型號PPMS。
[0033] 實施例1
[0034] 本實施例用于說明本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體及其制備方法。
[0035]使用CaO和Cr02作為原料，以2:1的摩爾比將二者在充滿Ar氣的手套箱中充分混合 均勻，壓成直徑6_，厚約2-3_的圓柱片，包裹上金箱，裝入高壓組裝塊中，用六面頂壓機進 行高溫高壓合成。在壓力5.5GPa，溫度800°C的條件下保壓保溫30min，降溫和卸壓后，取出 樣品，剝開金箱，即可得到Ca2Cr〇4晶體。
[0036]通過X射線衍射儀對得到的Ca2Cr〇4晶體進行X射線衍射研究，該Ca2Cr〇4晶體的XRD 圖譜如圖2，XRD圖譜的主要峰位數(shù)據(jù)如表1所示，該Ca2Cr04晶體為四方晶體結構，空間群為 Il/acd，晶格參數(shù)為a=b=5.2055A,c=24.3288入，其結構示意圖如圖1。
[0037] 通過SQUID VSM對得到的Ca2Cr〇4晶體進行磁化率測量，該Ca2Cr〇4晶體磁化率隨溫 度變化關系如圖3所示。
[0038] 通過PPMS對得到的Ca2Cr〇4晶體進行電阻率測量，該Ca2Cr〇4晶體電阻率隨溫度變 化關系如圖4所示。
[0039] 表1XRD圖譜主要峰位數(shù)據(jù)
[0041 ] 實施例2
[0042 ]本實施例用于說明本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體及其制備方法。
[0043]使用CaO和Cr〇2作為原料，以2:1的摩爾比將二者在充滿Ar氣的手套箱中充分混合 均勻，壓成直徑6_，厚約2-3_的圓柱片，包裹上金箱，裝入高壓組裝塊中，用六面頂壓機進 行高溫高壓合成。在壓力5GPa，溫度900°C的條件下保壓保溫40min，降溫和卸壓后，取出樣 品，剝開金箱，即可得到Ca2Cr〇4晶體。
[0044]通過X射線衍射儀對得到的Ca2Cr04晶體進行X射線衍射研究，該Ca2Cr0 4晶體的XRD 圖譜與圖2相同。
[0045] 實施例3
[0046]本實施例用于說明本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體及其制備方法。
[0047]使用CaO和Cr〇2作為原料，以2:1的摩爾比將二者在充滿Ar氣的手套箱中充分混合 均勻，壓成直徑6_，厚約2-3_的圓柱片，包裹上金箱，裝入高壓組裝塊中，用六面頂壓機進 行高溫高壓合成。在壓力6GPa，溫度1000 °C的條件下保壓保溫20min，降溫和卸壓后，取出樣 品，剝開金箱，即可得到Ca2Cr〇4晶體。
[0048]通過X射線衍射儀對得到的Ca2Cr04晶體進行X射線衍射研究，該Ca2Cr0 4晶體的XRD 圖譜與圖2相同。
[0049] 實施例4
[0050] 本實施例用于說明本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體及其制備方法。
[0051 ]使用CaO和Cr〇2作為原料，以2:1的摩爾比將二者在充滿Ar氣的手套箱中充分混合 均勻，壓成直徑6_，厚約2-3_的圓柱片，包裹上金箱，裝入高壓組裝塊中，用六面頂壓機進 行高溫高壓合成。在壓力lGPa，溫度800 °C的條件下保壓保溫lOOmin，降溫和卸壓后，取出樣 品，剝開金箱，即可得到Ca2Cr〇4晶體。
[0052]通過X射線衍射儀對得到的Ca2Cr〇4晶體進行X射線衍射研究，該Ca2Cr〇4晶體的XRD 圖譜與圖2相同。
[0053] 實施例5
[0054] 本實施例用于說明本發(fā)明的Ca2Cr〇4晶體及其制備方法。
[0055]使用CaO和Cr02作為原料，以2:1的摩爾比將二者在充滿Ar氣的手套箱中充分混合 均勻，壓成直徑6_，厚約2-3_的圓柱片，包裹上金箱，裝入高壓組裝塊中，用六面頂壓機進 行高溫高壓合成。在壓力lOGPa，溫度800°C的條件下保壓保溫lOmin，降溫和卸壓后，取出樣 品，剝開金箱，即可得到Ca2Cr〇4晶體。
[0056]通過X射線衍射儀對得到的Ca2Cr〇4晶體進行X射線衍射研究，該Ca2Cr〇4晶體的XRD 圖譜與圖2相同。
[0057]盡管本發(fā)明已進行了一定程度的描述，明顯地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的 條件下，可進行各個條件的適當變化?？梢岳斫猓景l(fā)明不限于所述實施方案，而歸于權利 要求的范圍，其包括所述每個因素的等同替換。
【主權項】
1. 一種Ca2Cr〇4晶體，其特征在于，所述Ca2Cr〇4晶體為四方晶體結構，空間群為Mi/acd， 晶格參數(shù)為a=b=5.2055A，c=24.3288A。2. 根據(jù)權利要求1所述Ca2CrO4晶體，其特征在于，所述Ca2CrO 4晶體在X-射線衍射圖譜中 包含以下2Θ反射角測定的特征峰：14.56°、25.26°、32.84°、34.44°、37.56°、44.67°、 45.86°、49.50°、51.87°、57.59°、60.68°、68.85° 和72.59° ;優(yōu)選地，所述特征峰的晶面指數(shù) 分別為004、112、116、020、024、0012、028、220、224、0212、136、2212和040 ;更優(yōu)選地，所述X-射線衍射圖譜如圖2所示。3. 根據(jù)權利要求1或2所述Ca2CrO4晶體，其特征在于，所述Ca2CrO 4晶體為具有自旋玻璃 磁性的半導體。4. 權利要求1-3中任一項所述Ca2CrO4晶體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括 以CaO和Cr〇2為原料，在高溫高壓條件下通過固相反應法合成Ca2Cr〇4晶體的步驟。5. 根據(jù)權利要求4所述Ca2Cr〇4晶體的制備方法，其特征在于，所述CaO與所述Cr〇2的摩 爾比為2:1。6. 根據(jù)權利要求4或5所述Ca2CrO4晶體的制備方法，其特征在于，所述高壓為1~lOGPa， 優(yōu)選為5~6GPa，最優(yōu)選為5.5GPa，所述高溫為800~1000 °C，所述反應時間為10~IOOmin， 優(yōu)選為20~40min，最優(yōu)選為30min。7. 根據(jù)權利要求4至6中任一項所述Ca2Cr〇4晶體的制備方法，其特征在于，所述固相反 應法包括:將按配比混合的CaO和〇0 2的混合物壓成圓柱片，用金箱包裹，進行固相反應;優(yōu) 選地，所述圓柱片直徑為6mm，厚度為2~3_。8. 根據(jù)權利要求7所述Ca2CrO4晶體的制備方法，其特征在于，所述CaO和所述CrO 2在充 滿惰性氣氛的手套箱中充分混合均勻;優(yōu)選地，所述惰性氣氛為Ar氣氛。9. 根據(jù)權利要求7或8所述Ca2CrO4晶體的制備方法，其特征在于，在六面頂壓機的高壓 組裝塊中進行所述固相反應；優(yōu)選地，在固相反應后，降溫并卸壓，剝開金箱，得到所述 Ca2Cr〇4 晶體。10. 權利要求1至3中任一項所述的Ca2Cr〇4晶體或按照權利要求4至9中任一項所述的方 法而制備的Ca2CrO 4晶體在自旋電子學領域中的應用;優(yōu)選地，所述在自旋電子學領域中的 應用為在磁性隨機內(nèi)存、自旋場發(fā)射晶體管或自旋發(fā)光二極管中的應用。
【文檔編號】C30B29/22GK105887199SQ201610249030
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】靳常青, 曹立朋, 劉清青
【申請人】中國科學院物理研究所