[发明专利]纳米线状狄拉克半金属砷化镉及其制备方法

说明书

一种纳米线状狄拉克半金属砷化镉及其制备方法，该制备方法包括：对源材料砷化镉固体粉末进行加热使其在规定的气氛下蒸发，蒸发出的源物质通过特定大小的气流输运到距离源物质一定距离的衬底上，在一定的加热时间内源物质在衬底上成核、结晶从而生长出纳米线状砷化镉。本发明的制备方法操作简单、成本低廉、安全可靠并且可以在一定程度上控制纳米线状砷化镉的形貌。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米线状狄拉克半金属砷化镉及可用于大量制备其的制备方法。

背景技术

近年来，随着拓扑绝缘体、拓扑超导体、拓扑狄拉克半金属为代表的新型拓扑材料以其特有的奇异的物理性能受到研究者的广泛关注。同时，这些新型拓扑量子材料特有的物理性能为凝聚态物理的研究提供了良好的基础。其中，拓扑狄拉克半金属砷化镉以其特殊的能带结构和较大的载流子迁移率以及优异的化学稳定性成为凝聚态物理研究的理想材料。

狄拉克半金属砷化镉在三维动量空间内具有线性分散的能带结构，并且其导带和价带发生反转，导带和价带相交于一点，费米面在这一点处缩小为点，这个点被称为狄拉克点。狄拉克点是由手性相反的两个外尔点构成的，当破坏狄拉克半金属砷化镉的对称性时，可以把狄拉克点分开为两个外尔点，从而得到外耳半金属。因此，狄拉克半金属砷化镉是系统化研究拓扑半金属量子相变的一种理想材料。同时，因为狄拉克半金属砷化镉的自旋特性以及较大的载流子迁移率，可以用来制备下一代电子自旋器件。

目前，制备狄拉克半金属砷化镉的方法主要包括分子束外延法(Molecular BeamEpitaxy)、熔剂热法(Flux Method)以及化学气相沉积法(Chemical Vapour DepositionMethod)。分子束外延法通常是在云母衬底上进行生长，通过分子束外延法可以获得高质量的厚度可控的砷化镉薄膜，并且其晶体质量较好，光学和磁学性能优异，可以作为可饱和吸收体用于红外锁模激光器。但是在整个生长过程中对真空度要求特别高，需要在超高真空下进行生长，与此同时镉元素会附着在分子束外延设备的生长腔室内表面，从而破坏分子束外延设备生长腔室的洁净度和真空度，并且附着的镉元素难以清除；同时，分子束外延设备十分昂贵且操作复杂。

利用熔剂热法制备的砷化镉同样具有优异的电学和磁学性能，但是其厚度、大小以及形状都难以控制。在利用溶剂热法制备砷化镉时，需要两种粉末状原材料，分别是砷和镉，并且需要过量的镉，随之而来的问题是，在最终制备的砷化镉产物中可能存在镉元素超标的情况，影响砷化镉的纯度从而影响其电学和磁学性能。同时，利用溶剂热法制备砷化镉时需要进行高温加热二十四小时以上甚至更久，并且需要在高温下进行离心处理，具有一定的危险性。

因此，如何建立一种操作简单、成本低廉、产物可控的方法来制备砷化镉，对于拓扑材料学和凝聚态物理的研究具有十分重大的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米线状狄拉克半金属砷化镉材料的制备方法，以便解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种纳米线状狄拉克半金属砷化镉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

对源物质进行加热使其在氮气或者氩气的保护气氛下蒸发；

通过载气将上述蒸发出的源物质输运到距离源物质20～30cm远的衬底上，在500～600℃加热20～60min，使所述源物质在所述衬底上成核、结晶从而生长得到所述纳米线状狄拉克半金属砷化镉。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种根据如上所述的制备方法制备得到的纳米线状狄拉克半金属砷化镉。