日科研团队研发高温铁磁半导体材料

近日，有报道称，日本科研人员成功研发出一种新型铁磁半导体材料，该材料能够在更高温度环境下稳定运行，其居里温度可达 530 K，相当于约 256.85℃。

所谓居里温度，是指磁性材料中自发磁化强度下降至零的临界温度。当温度达到这一数值时，材料会由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性。该温度代表了磁性材料的理论工作上限，受到其化学组成与晶体结构的影响。例如，铁的居里温度约为 770℃，而钴则高达约 1131℃。

在 Pham Nam Hai 教授的带领下，东京一所科研机构的研究团队实现了这一突破。相较以往的铁磁半导体材料，新开发的材料在高温条件下展现出更出色的性能。

此前，科学界将关注点集中在掺铁的窄带隙 III-V 族半导体上，如（In,Fe）Sb 和（Ga,Fe）Sb，这类材料具备实现高居里温度的潜力。然而，如何在不破坏晶体结构的前提下，向材料中引入大量磁性元素（如铁），始终是一个技术难点。

研究团队最终采用了一种名为“步进流生长”的技术，在一个略有倾斜（大约 10° 偏轴）的 GaAs（100）基底上生长（Ga,Fe）Sb 薄膜。这种方法有效避免了晶体结构损坏，同时实现了高达 24% 的铁含量。

通过这一工艺，研究人员制备出了（Ga?.??Fe?.??）Sb 薄膜，其居里温度范围在 470K 至 530K 之间，刷新了铁磁半导体研究领域的记录。

为验证材料的磁性特性，研究团队使用磁圆二色性光谱法对其进行了检测，以此观察光与自旋极化电子态之间的相互作用。此外，他们还借助 Arrott 图对磁化数据进行分析，这是一种用于确认材料磁性转变温度的方法。

实验结果显示，样品中每个 Fe 原子的磁矩约为 4.5μB，接近锌矿结构中 Fe³?离子的理想值 5μB，几乎是传统 α-Fe 材料磁矩的两倍。此外，研究团队还评估了材料的稳定性。一块厚度为 9.8nm 的薄膜在常温空气中存放 1.5 年后，虽居里温度稍降至 470K，但依然表现出良好的磁性表现。