Способ получения монокристаллического антимонида марганца

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АНТИМОНИДА МАРГАНЦА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичШлковая Татьяна ВасильевнаИзотов Александр ДмитриевичМаренкин Сергей ФедоровичМалышев Максим Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения монокристаллического антимонида марганца , заключающийся в том, что эвтектическую композицию состава 6,5 мас.и 93,5 мас.помещают в кварцевую ампулу, в оттянутом конце которой находится затравка из монокристалла , ориентированного в плоскости 110, вакуумируют ампулу и помещают в двухзонную печь при температурах в зоне эвтектической композиции 530-540 С, а в зоне затравки 400-450 С, вращают ампулу в течение 3-4 ч и опускают в зону с температурой 400-450 С со скоростью 0,2 1 или 5 мм/ч при градиенте температуры между зонами 80-100/см. Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способу выращивания монокристаллического антимонида марганца . Антимонид марганца известный ферромагнетик, который обладает высокой температурой Кюри 600 К и представляет интерес как материал для датчиков температуры и холодильников на основе магнетокалорического эффекта 1. Антимонид марганца является мягким магнетиком, его отличает малая коэрцитивная сила и, как следствие, высокое быстродействие при переключении направленного магнитного поля, что в сочетании со значительной величиной магнитной восприимчивости делает это соединение перспективным материалом для чувствительных наконечников операционных систем при работе с наноразмерными объектами. Вышеперечисленные свойства присущи только монокристаллам антимонида марганца,которые до настоящего времени не были получены. 17952 1 2014.02.28 Известны способы получения порошкообразного антимонида марганца 2, 3 непосредственным сплавлением марганца и сурьмы при температурах 800 С. Для получения компактных образцовиспользуют прессование и спекание. В результате получают неоднородные компактные образцы с включениями других фаз, что объясняется перитектическим характером плавления . Описанными способами 2, 3 невозможно получить монокристаллический антимонид марганца. Задачей изобретения является получение монокристаллического антимонида марганца. Решение этой задачи достигается тем, что для получения монокристаллического антимонида марганцаэвтектическую композицию состава 6,5 мас.и 93,5 мас.помещают в кварцевую ампулу, в оттянутом конце которой находится затравка из монокристалла , ориентированного в плоскости 110, вакуумируют ампулу и помещают в двухзонную печь при температурах в зоне эвтектической композиции 530540 С, а в зоне затравки 400-450 С, вращают ампулу в течение 3-4 ч и опускают в зону с температурой 400-450 С со скоростью 0,2 1 или 5 мм/ч при градиенте температуры между зонами 80-100/см. Заявленный способ выращивания монокристалловреализуют следующим образом. Порошкообразный антимонид марганца, приготовленный из марганца и сурьмы, взятых в стехиометрическом соотношении, помещают в кварцевую ампулу и вакуумируют до 10-2 Па, затем в течение 24 ч повышают температуру до 800 С и охлаждают до комнатных температур. Полученный таким образом порошкообразный антимонид марганца смешивают с антимонидом индия в соотношении, отвечающем составу эвтектики системы-, 6,5 мас.и 93,5 мас., и помещают в кварцевые ампулы с оттянутым нижним концом, в котором содержится затравка в виде монокристаллического антимонида индия, ориентированная вдоль направления 110. Ампулу вакуумируют и помещают в двухзонную печь так, чтобы смесьснаходилась при температурах 530-540 С, а затравка при 400-450 С. Ампула выдерживается в течение 3-4 ч при интенсивном перемешивании расплавившейся эвтектической смесиспутем вращения ампулы со скоростью 10-15 об/мин, после чего ампула опускается в нижнюю часть печи, где поддерживается температура 400-450 С со скоростями 0,2 1 или 5 мм/ч и температурном градиенте между зонами 80-100/см. Скорость опускания определяет скорость кристаллизации эвтектической смеси, и, как следствие, размер монокристаллов ,диаметр которых уменьшается с ростом скорости кристаллизации от 20 до 0,5 мкм. Длина монокристаллов наоборот увеличивается от 100 до 300 мкм. Полученный таким образом направленно закристаллизованный сплав после охлаждения печи извлекают из ампулы и подвергают магнитной сепарации с целью извлечения ферромагнитных монокристаллов антимонида марганца. На дифракционной картине скола (фиг. 1) видно, что эвтектическая композиция представляет собой монокристаллическую матрицу , ориентированную по направлению 110, и игольчатые монокристаллические включения , ориентированные вдоль 001. На снимках, сделанных с помощью электронного микроскопа, отчетливо видны игольчатые включенияв матрице антимонида индия (фиг. 2). На фиг. 3 представлен внешний вид отдельного, ограненного игольчатого включения , выделенного из массива эвтектической композиции. Примеры конкретного выращивания монокристаллов антимонида марганца. Пример 1. Порошкообразный антимонид марганца получают из исходных материалов - марганца и сурьмы, взятых в стехиометрическом соотношении. Смесь общим весом 50 г помещают в кварцевых ампулах и вакуумируют до 10-2 Па. Кварцевую ампулу со смесьюинагревают в течение 24 ч до температуры 800 С и затем охлаждают в режиме выключенной печи. Синтез эвтектической смеси и получение монокристаллическогопроводят 2 17952 1 2014.02.28 по следующей технологической схеме. Компонентыив соотношении 6,5 мас.и 93,5 мас.со средним размером частиц 5-10 мкм общим весом 70 г помещают в кварцевую ампулу с оттянутым нижним концом, в котором содержится затравка в виде монокристаллического антимонида индия, ориентированного вдоль направления 110. Ампулу вакуумируют до 110-2 Па и отпаивают. Ставят ампулу в двухзонную печь так,чтобы смесьинаходилась при температуре 530 С, а затравка при 400 С. Ампулу выдерживают при этой температуре 4 ч, в течение которых синтезируется и гомогенизируется эвтектическая смесь путем перемешивания со скоростью 15 об/мин. После 4 ч ампулу опускают со скоростью 0,2 мм/ч в зону с температурой 400 С. Получают монокристаллыдиаметром 20 мкм и длиной 100 мкм. Полученный таким образом направленно закристаллизованный сплав после охлаждения печи извлекают из ампулы и подвергают магнитной сепарации с целью извлечения ферромагнитных нанокристаллов антимонида марганца. Пример 2. Антимонид марганца, полученный по примеру 1, смешивают с антимонидом индия в соотношении 6,5 мас.и 93,5 мас., предварительно измельчив образцы в зерна размером 5-10 мкм. Смесь - общим весом 70 г помещают в кварцевую ампулу с оттянутым нижним концом, в котором содержится затравка в виде монокристаллического антимонида индия, ориентированного вдоль направления 110. Ампулу вакуумируют до 110-2 Па и отпаивают. Ставят ампулу в двухзонную печь так, чтобы смесьинаходилась при температуре 535 С, а затравка при 425 С. В течение 3,5 ч ампулу с эвтектической смесью выдерживают и перемешивают при вышеуказанной температуре со скоростью 12,5 об/мин для гомогенизации синтезируемой смеси, а затем ампулу со скоростью 1 мм/ч опускают в зону с температурой 425 С при температурном градиенте между зонами 90/см. Полученные монокристаллыдиаметром 10 мкм и длиной 200 мкм из направленно закристаллизованного сплава извлекают путем магнитной сепарации. Пример 3. Полученный по способу, описанному в примерах 1-2, порошок антимонида марганца смешивают с порошком антимонида индия в соотношении 6,5 мас.и 93,5 мас.. Навеску эвтектической смеси весом 70 г помещают в кварцевую ампулу с оттянутым нижним концом, в котором содержится затравка в виде монокристаллического антимонида индия, ориентированного вдоль направления 110. Ампулу вакуумируют до 110-2 Па и отпаивают. Ставят ампулу в двухзонную печь так, чтобы смесьинаходилась при температуре 540 С, а затравка при 450 С. Выдерживают ампулу со смесьюи с монокристаллической затравкой в течение 3 ч. Путем вращения ампулы со скоростью 10 об/мин. При указанных выше температурах смесьисинтезировалась и происходил гомогенизирующий отжиг, после чего ампулу опускают в сторону температуры 450 С со скоростью 5 мм/ч и температурном градиенте между зонами 100 /см. После охлаждения и вскрытия ампулы монокристаллыдиаметром 0,5 мкм и длинной 300 мкм извлекают из закристаллизованного сплава путем магнитной сепарации. Таким образом, предложен способ получения монокристаллического антимонида марганца из эвтектической композиции состава 6,5 мас.и 93,5 мас.с использованием в качестве затравки монокристаллического антимонида индия. Источники информации 1., .,,// . . - . 68. - 2005. - . 1479-1539. 2..// . . .. - 1968. - . 29. - . 347-355. 3. Патент 11937, 2007. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4