[发明专利]制备钙钛矿型Re2xBi2(1‑x)O3晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体的制备方法。

背景技术

拓扑绝缘体(Topological insulator，TI)是一种全新的量子物质态，完全不同于传统意义上的金属和绝缘体，这种物质的体电子态是有能隙的绝缘体，表面态则是无能隙的金属态，并且表面态的电子自旋方向相反。因而，无论是在基础研究，还是在量子计算机和自旋电子器件领域，都具有巨大的研究价值和应用价值。

结合理论计算和实验工作，人们很快就发现了以Bi₂Se₃、Bi₂Te₃和Sb₂Te₃等晶体为代表的3D拓扑绝缘体。这几种晶体目前得到广泛的开发制备，工艺已经趋于成熟。但这几种晶体构成的拓扑绝缘体性质不稳定：其表面态和体态之间的相互竞争，会使其表面态产生能隙，导电边缘态被破坏，使其实际应用受到了许多的阻碍。最新理论计算，发现钙钛矿型ReBiO₃将成为一种新型的拓扑绝缘体，其性质更稳定，更具有应用价值。目前在世界范围内，有关钙钛矿型ReBiO₃的制备方法很少，大都是在织构基底上采用化学法外延生长，只能制得ReBiO₃晶体薄膜，不能制得ReBiO₃晶体块材，限制了ReBiO₃晶体的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体的方法，该法制备的钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体为块材，扩展了ReBiO₃晶体的应用范围；且其工艺简单易行、成本低、不污染环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为，一种制备钙钛矿型Re2xBi2(1-x)O3晶体的方法，其步骤如下：

a、前驱体的制备：

将Re₂O₃粉末与Bi₂O₃粉末按摩尔比为X：1-X(0.2≤X≤0.6)的比例均匀混合，再将混合后的粉体，充分研磨，压块，得前驱体；

b、固溶：

将前驱体密封于刚玉坩埚内，放入马弗炉内，从室温升温至925℃-1000℃的成相温区，保温5-30个小时，得固溶体；

c、高温熔融：

将固溶体直接升温至1200℃-1300℃，进行10-50个小时的热处理,使固溶体中的Re₂O₃熔融并均匀分散在Bi₂O₃熔液中，得熔融液；

d、过冷反应：

将熔融液直接降温到1170℃-1150℃，保温0.5小时，熔融液发生包晶反应，Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体开始析出；

e、晶体生长：

再将熔融液以每小时1℃-5℃的速度缓慢降温至925℃，然后自然降温至室温；在整个降温过程中，晶体缓慢生长；降温结束，即得到生长完成的钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体块材。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明制备钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体方法属于自助溶剂法：先将Re₂O₃与Bi₂O₃粉末充分研磨后压片做为前驱体，再升温到成相温区保温，经过一定时间的热处理之后，缓慢降温到包晶反应点，钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体开始析出，并随着降温晶体缓慢生长，从而得到块状的钙钛矿型Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体。其制得的Re_2xBi_2(1-x)O₃晶体为块材而非薄膜，扩展了ReBiO₃晶体的研究和应用范围。