[发明专利]一种Mn、Fe共掺碲化铋的单晶制备方法

说明书

本发明公开了一种Mn、Fe共掺碲化铋的单晶制备方法，该制备方法包括如下三个步骤：①.按照原子比混合制备α‑MnFeTe多晶样品；②.按照化学计量比混合制备Bi₂Te₃单晶样品；③.将α‑MnFeTe多晶样品和Bi₂Te₃单晶样品粉碎成粉末作为前驱体，再将二者按照1:5.85的摩尔比混合，在一定时间加热至950℃并保温，然后缓慢冷却至580℃‑600℃后冷却淬火，从而获得高质量的Mn、Fe共掺Bi₂Te₃单晶。本发明提供的制备方法工艺简单，成本价低。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种Mn、Fe共掺Bi₂Te₃的单晶制备方法。

背景技术

近些年来，拓扑绝缘体已经成为凝聚态物理领域的一个重要研究方向。拓扑绝缘体（TIs）在内部是绝缘的，但表面导电或具有边缘态，这些状态是受反转和时间反转对称性保护的狄拉克费米子。Bi₂Te₃晶体作为一种三维拓扑绝缘体引起了极大的关注，其特点是无质量狄拉克费米子的绝缘体态和导电表面态的结合。方便地获得高质量的Bi₂Te₃单晶一直受到热电半导体和拓扑绝缘体领域研究人员的高度重视。制备Bi₂Te₃单晶的方法也不断被提出，如分子束外延、电化学沉积等，但晶体的性能在一定程度上被限制。

发明内容

鉴于以上原因，本发明提供一种Mn、Fe共掺Bi₂Te₃的单晶制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Mn、Fe共掺Bi₂Te₃的单晶制备方法，包括以下步骤：

(1).制备α-MnFeTe多晶样品：将纯度为99.8%的Fe粉、99.9%的Mn粉和99.99%的Te粉按照原子比称重配料，在充满氩气的环境下进行研磨，之后压成一个小圆片放入坩埚并密封在石英管中，石英管在管式炉中加热680-720℃并保温一定时间；

(2).制备Bi₂Te₃单晶样品：将纯度为99.99%的Bi粉和99.99%的Te粉按照化学计量比称重配料，在充满氩气的环境下进行研磨，之后压成一个小圆片放入坩埚并密封在石英管中，石英管在管式炉中加热到850℃并保温18-22h，之后再以一定的速率降温到530-550℃进行保温；

(3).制备Mn、Fe共掺的Bi₂Te₃单晶：将α-MnFeTe多晶样品和Bi₂Te₃单晶样品在充满氩气的环境下粉碎成粉末作为前驱体，再将二者按照1:5.85的摩尔比混合，在一定时间加热至950℃并保温，然后以一定的速率缓慢冷却至580℃-600℃后冷却淬火。

步骤（1）中，Fe粉、Mn粉、Te粉按照0.90-0.95:0.05-0.10:1的原子比进行配料；步骤（2）中，Bi粉和Te粉按照2:3的化学计量比进行配料。

步骤（1）的保温时间为22-26h，步骤（3）的保温时间为12-14h。

步骤（3）中，以10-15℃/h的速率冷却。

本发明以Bi粉、Te粉、Mn粉和Fe粉为原料，通过溶剂生长法，制备出结晶性能好、大块的Mn、Fe共掺Bi₂Te₃单晶。该方法不仅工艺简单，而且能够制备出高质量的单晶。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Mn掺杂Bi₂Te₃单晶样品和实施例2制备的Mn、Fe共掺Bi₂Te₃单晶样品的XRD衍射结果。