[发明专利]一种新结构材料镱镁铟氧化物及其制备方法

说明书

本发明的一种新结构材料镱镁铟氧化物及其制备方法，属于量子拓扑材料制备的技术领域。镱镁铟氧化物分子式为YbMgInO₄，具有单斜晶体结构。制备方法是以氧化镱粉、氧化镁粉和氧化铟粉为原料，在高温高压装置上进行合成，合成压力为5.5GPa、温度为1873～2073K，保温保压15～30分钟。本发明的方法是在无水，无改良剂环境中进行的，可以避免不必要杂质的出现，所得的单斜相镱镁铟氧化物纯度高；所采用的高温高压装置已被大量用来生产金刚石，其操作简单，可以较快地实施产业化。

技术领域

本发明属于量子拓扑材料制备的技术领域。具体涉及镱镁铟氧化物的单斜相，以及以氧化镱(Yb₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化铟(In₂O₃)为原料，利用高温高压制备技术合成单斜相镱镁铟氧化物的方法。

背景技术

磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关，是国民经济的重要支柱与基础。近年来磁性材料的发展十分迅速，新型磁性材料的不断出现，对现代工业技术进步起着巨大的推动作用。特别是量子拓扑材料，由于液态自旋所激发的马约拉纳费米子，具有在量子计算中使用的潜在应用前景。研究表明,这种量子计算机比传统计算机的速度快得多,而且能够执行传统计算机无法执行的计算。虽然自旋无序排列，它们之间却存在着长程的量子纠缠，因此可以被应用于量子通讯及量子计算，同时有助于提升计算机数据存储能力。

在晶体构成类型AB₂O₄中，A可以是稀土离子，B可以是不同类的金属阳离子。根据所选择不同的磁性阳离子，可以出现新型的磁关联效应，比如自旋玻璃态、自旋冰态和自旋液体态等，已成为用于量子计算所需量子拓扑材料的重要研究对象。在常规条件下，这类氧化物大多具有六角对称性，如YbMgGaO₄，YbCuGaO₄等，其制备手段主要是光浮区生长以及固相合成方法。探索并制备这类新型量子拓扑材料，对其在磁性材料领域和量子计算领域的应用与推广非常重要。目前关于采用高温高压制备还没有报道。本发明通过高温高压方法制备出新结构(单斜相)的镱镁铟氧化物YbMgInO₄，对量子拓扑材料的发展研究及潜在应用具有重要的指导意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是采用新的合成镱镁铟氧化物的方法——高温高压制备方法，该方法主要通过合成温度，压力和保压时间来调整镱镁铟氧化物的单斜相结构的形成，制备出具有崭新结构的镱镁铟氧化物；并且该方法易于实施。

本发明的镱镁铟氧化物具有新结构相，组分是YbMgInO₄，其结构是单斜结构。具体的，本发明请求保护的一种新结构材料镱镁铟氧化物，其特征是，分子式为YbMgInO₄，且具有单斜晶体结构。

本发明的单斜相镱镁铟氧化物制备的具体技术方案如下所述。

一种新结构材料镱镁铟氧化物的制备方法，以氧化镱粉(Yb₂O₃)、氧化镁粉(MgO)和氧化铟粉(In₂O₃)为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得YbMgInO₄材料；所述的混料压块，是将氧化镱粉、氧化镁粉和氧化铟粉按摩尔比1∶2∶1进行混合，按合成腔体大小压成块状。所述的组装，是先将块状样品外包裹氮化硼(BN)管，再装入石墨管加热容器，最后放入叶蜡石合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高温高压装置上进行，在压力为5.5GPa、温度为1873～2073K下保温保压15～30分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却至室温后卸压。

所述的原料，选择质量纯度99.99％，粒度1～5微米的氧化镱粉、氧化镁粉和氧化铟粉。