铁磁半导体新进展：居里温度达530K

IT之家7月8日消息，科技媒体NeoWin于今日（7月8日）发布博文，报道称日本科学家成功研发出新型铁磁半导体（FMS），该半导体能够在更高温度下工作，其居里温度达到了530K（约256.85℃）。

IT之家注解：居里温度指的是磁性材料中自发磁化强度降为零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变为顺磁性物质的临界点。

它代表着磁性材料的理论工作温度极限，居里温度的大小由物质的化学成分和晶体结构决定，例如铁的居里温度约为770℃，钴的居里温度约为1131℃。

在Pham Nam Hai教授的带领下，东京科学研究所的科研团队成功研发出了这种新型铁磁半导体，与现有材料相比，它能在更高温度下工作。

在众多材料中，掺铁的窄带隙III - V族半导体，像(In,Fe)Sb和(Ga,Fe)Sb，因其在高居里温度方面具有潜力，成为了研究的重点。然而，在不破坏晶体结构的情况下，引入大量如铁这样的磁性元素一直是个巨大难题。

在这项新研究中，东京团队找到了解决办法。他们采用了一种名为步进流生长（step - flow growth）的技术，在稍微倾斜（约10°偏轴）的GaAs（100）基底上生长(Ga,Fe)Sb薄膜。这种方法能在不破坏材料结构的前提下，最高引入24%的铁。

凭借这一技术，团队制备出了(Ga₀.₇₆Fe₀.₂₄)Sb薄膜，其居里温度在470K至530K之间，这是FMS研究中迄今为止报道的最高值。

为了确认磁性，团队运用磁圆二色性光谱法，检查光与自旋极化电子态的相互作用。他们还使用Arrott图分析磁化数据，这是一种用于确定材料变为磁性的温度的技术。

样品中每个Fe原子的磁矩约为4.5μB，接近锌矿结构中Fe³⁺离子的理想5μB，大约是普通铁金属（α - Fe）磁矩的两倍。他们还对长期耐用性进行了测试。一个9.8nm厚的薄膜在开放空气中存放1.5年后，尽管居里温度略微下降至470K，但仍显示出强烈的磁性。

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