技术摘要：
本发明公开了一种二维铁磁材料Fe3GeTe2和掺Co的Fe3‑xCoxGeTe2单晶生长方法，所述Fe3GeTe2是Fe、Ge和Te元素以3:1:2化学计量比形成的化合物，它是一种二维铁磁材料，容易机械剥离、相对难氧化，同时具有较高的居里温度，强的磁各向异性；掺杂Co取代部分Fe的位置，用于研  全部
背景技术：
近年来，二维材料结合本身优异的维度特性，被广泛的关注和研究。从2004年石墨 烯的发现(2010因此获得诺贝尔物理学奖)，到过渡金属硫族化物(如二硫化钼MoS2)，再到 最近大量出现的二维铁磁材料(如GrCl3、Gr2Ge2Te6)，这些新的发现能在自旋电子学、量子 材料科学等方面有广泛而深远的应用。与普通铁磁材料相比，二维铁磁材料Fe3GeTe2最大 的特点在于相对稳定性，且磁性有序，层状材料(层与层之间由范德瓦尔斯键连接)并可通 过机械剥离获得大尺度的微纳片，从而方便制备相关器件。当二维材料的厚度降低至原子 级幅度时可导致很多新奇物理现象的出现，使得二维材料成为当今凝聚态物理和材料科学 的研究热点。二维铁磁体作为二维材料家族的重要组成部分，因其独特的物理特性而备受 关注。通常，随着二维铁磁体厚度的降低，其铁磁有序居里温度TC也会降低。 我们通过化学气象输运(CVT)生长了高质量的单晶块体，研究不同厚度的 Fe3GeTe2微纳片在不同温度和不同磁场角度下的电磁输运，发现其具有较高的居里温度 (体相≈220K，随着厚度的降低，居里温度降低)、强的面外磁各向异性、大的矫顽场、方形的 磁滞回线及其铁磁本质的依据---反常霍尔现象。同时，我们还对其复杂的磁性进行了研 究，从少层到块体材料，在升温过程中，其面外磁性是在铁磁与反铁磁的相互竞争到顺磁的 转变，而面内磁性是在其居里温度附近有铁磁到顺磁的转变。在此基础上，还可以设计基于 二维材料的Fe3GeTe2/MoS2/Fe3GeTe2的自旋阀器件，来研究其隧道磁阻(TMR)和自旋极化 率，并可通过离子液体和栅压来调控。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种方便生长大块、高质量Fe3GeTe2单晶和掺Co的Fe3- xCoxGeTe2单晶的制备方法及块体、器件相关性质的表征，通过低场PPMS磁输运测试，表现 出铁磁性和金属性，机械剥离得到的纳米片是高质量的单晶纳米结构，具有良好的面外磁 性，较高的居里温度(块体高达220K)，强的磁各向异性，块体颜色呈银白色。 为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下： 本发明的技术方案是：提供一种二维铁磁材料Fe3GeTe2和掺Co的Fe3-xCoxGeTe2 单晶生长方法，如下： 步骤1：将Fe粉、Ge粉和Te粉按比例3:1:2混合均匀放入石英管中，放入少许碘颗 粒，用机械泵将气压抽至低于0.1mbar后封管； 步骤2：将封管后的石英管放入高温管式炉中，水平放置，24h内原料端温度升至 850℃，沉积端温度升至750℃，便于长出大块单晶； 3 CN 111593402 A 说　明　书 2/3 页 步骤3：保温7天后，24h降温至室温； 步骤4：先将Fe块、Co块、Ge块和Te块高温熔化，冷却结晶形成多晶块体，再充分研 磨形成多晶粉末，再将粉末重复步骤1-3，得到掺入Co的Fe3-xCoxGeTe2单晶块体。 作为上述技术方案的改进，所述Fe3GeTe2和掺Co的Fe3-xCoxGeTe2块体，都是高质 量的二维铁磁材料化合物，容易机械剥离、相对难氧化，Fe以 2、 3价存在，颜色银白色，单 晶尺度cm级，并可剥离为表面平整、较薄的片状，制备相关纳米器件；所述的材料是单晶的。 上述化学气相沉积方法设备简单，易操作，制备参数易调整，且工艺重复性好，具 有较高的制备效率，并且可拓展到制备其它高质量的硒化物纳米结构。 本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下： 提供了一种二维铁磁材料Fe3GeTe2和掺Co的Fe3-xCoxGeTe2单晶生长方法，单晶 块体具有金属性、容易机械剥离，制备相关纳米器件，而化学气相输运方法是目前较为简 单、易行的材料制备技术。 本发明利用化学气相沉积技术，以及退火工艺能提高Fe3GeTe2和掺Co的Fe3- xCoxGeTe2块体材料的尺寸，从而有利于进一步研发相关磁异质结构以及新型的磁存储技 术器件。 附图说明 图1为化学气相输运(CVT)仪器结构示意图； 图2为Fe3GeTe2块体的扫描电子显微镜图像； 图3为Fe3GeTe2块体的X射线衍射图谱； 图4为机械剥离得到的12.8nm在不同温度下的拉曼光谱； 图5为特征峰位于128cm-1、146cm-1附近峰位随温度的变化情况； 图6为Fe3GeTe2块体在2K下面内、面外的磁输运； 图7为Fe3GeTe2纳米器件电阻随温度的关系R-T曲线； 图8为Fe3GeTe2纳米器件在2K下霍尔电阻随角度的磁输运； 图9为2K、85度下霍尔电阻随角度的磁输运的拟合； 图10为不同温度下拟合得到的KA值； 图11为掺入Co后Fe3-xCoxGeTe2在10K下的面外磁输运。 附图标记说明：1、2-加热丝，3-大玻璃管，4、8-石英棉，5-石英管，6-底座支架，7- 样品粉末。