Нитрид гадолиния (GdN)

Идентификация

Нитрид гадолиния (Gadolinium nitride, GdN) — бинарное неорганическое соединение, CAS-номер 25764-15-2, номер ЕС 247-250-9, идентификатор DSSTox DTXSID4067145. Химическая формула GdN.

Синонимы

Нитрид гадолиния (GdN); мононитрид гадолиния; дополнительные регистрационные номера: 12024-70-3, 664346-98-9, 1309448-15-4.

Основные атрибуты

• Молекулярная масса: 199,27
• Точная масса: 199,933
• Характеристики PSA: 23,8

Физико-химические свойства

• Внешний вид: чёрный порошок
• Плотность: 9,100

Класс вещества и электронные свойства

Нитрид гадолиния — соединение переменного (кристаллизуется в структуре типа NaCl), сочетающее полупроводниковое поведение с сильными обменными магнитными взаимодействиями и мягким внутренним ферромагнетизмом. Тонкоплёночный GdN демонстрирует мягкое ферромагнитное упорядочение с коэрцитивной силой около 200 Э и точкой Кюри около 70 K. Оптическая ширина запрещённой зоны материала подвержена спиновому расщеплению, что делает его перспективным спиновым фильтром.

Область применения

Рассматривается как перспективный материал для спинтроники благодаря сочетанию полупроводникового поведения, сильных обменных взаимодействий и мягкого внутреннего ферромагнетизма. Относительно высокая точка Кюри и значительная намагниченность насыщения делают его привлекательным для энергонезависимых элементов памяти и спин-транзисторных концепций устройств. Спиновое расщепление оптической запрещённой зоны позволяет использовать GdN как спиновый фильтр для инжекции спин-поляризованного тока в металлы, сверхпроводники, топологические изоляторы, двумерные слоистые материалы и другие перспективные структуры — потенциально для спин-поляризованных квантовых вычислительных устройств.

Технология получения

Тонкие плёнки нитрида гадолиния получают методом реактивного распыления (DC-напыление в атмосфере азота) на подложках, в частности SiO2/AlN, с толщинами от 18 до 180 нм, а также методами атомно-слоевого осаждения (ALD) и MOCVD с применением летучих гадолиниевых амидинатных прекурсоров, что обеспечивает конформные покрытия наноструктур с субнанометровым контролем толщины.

Хранение

Хранить в сухом, инертной атмосфере или герметично закрытом контейнере, изолированно от влаги и кислорода воздуха — нитриды редкоземельных металлов гидролизуются и окисляются при длительном контакте с атмосферным воздухом, что меняет магнитные и электронные характеристики порошка.

Гадолиний как элемент

Гадолиний открыт швейцарским химиком Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком в 1880 году по спектральным линиям, элементарный металл впервые выделен Полем Эмилем Лекок де Буабодраном в 1886 году. Элемент расположен в 6 периоде периодической системы и относится к лантаноидам, атомный номер 64, электронная конфигурация [Xe]4f7 5d1 6s2. Наполовину заполненная 4f-оболочка даёт иону Gd3+ семь неспаренных электронов и, как следствие, один из самых высоких магнитных моментов среди всех элементов. В соединениях гадолиний проявляет устойчивую степень окисления +3, извлекается из минералов монацита и бастнезита методами ионного обмена и жидкостной экстракции совместно с другими лантаноидами.