Zn_(0.93)Co_(0.07)O纳米薄膜材料的磁性机制研究

采用磁控溅射方法制备了氮掺杂的Zn0.93Co0.07O系列和Al掺杂的Zn0.93Co0.07O薄膜样品,系统研究了样品的结构、形貌及磁学性能,讨论了样品中铁磁性的产生机制.实验结果表明:所制备的薄膜样品均为单一的纤锌矿结构,没有检测到其他物相.薄膜的表面生长均匀,并观测到清晰的磁畴结构.磁性测量结果表明所有的样品均呈现室温铁磁性,样品的饱和磁化强度随着Al含量的增加而增加,随着氮含量的增加而降低.我们认为在Co掺杂的ZnO稀磁半导体中,铁磁性相互作用是通过电子作为载流子来传递的.     

Co掺杂ZnO薄膜退火前后的磁性研究

室温下采用磁控溅射的方法在Al2O3(0001)基片上制备了不同Co含量掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜Zn1-xCoxO(x=3%,6%,8%),并进行了500℃的后期真空退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜的结构、光学和磁学性能.结果表明,磁控溅射制备的ZnCoO薄膜中,Co2+离子占据了ZnO中Zn2+离子的位置,但没有改变ZnO的纤锌矿晶体结构,也没有第二杂质相的出现.退火前后薄膜均显示室温铁磁性且磁性大小随Co含量的变化呈相反趋势.磁性大小与晶面间距有一定的关系,分析后认为磁性机制符合束缚磁极子(BMP)模型.     

烧结温度对Co掺杂ZnO稀磁半导体性能的影响

通过溶胶—凝胶法制备了Co掺杂ZnO稀磁半导体纳米颗粒,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜和振动样品磁强计等测试手段对Co掺杂ZnO稀磁半导体样品进行了结构和磁性表征.结果表明,随着烧结温度的升高,样品的固溶度逐渐增加.当样品的烧结温度为800℃时,样品为单相的ZnO结构.磁性测试结果表明,Co掺杂ZnO稀磁半导体在室温下具有铁磁性.     

Co掺杂ZnO稀磁半导体的微观结构与磁学性质

用溶胶-凝胶方法制备了具有单一纤锌矿结构的Co掺杂ZnO稀磁半导体粉末样品.通过对样品的结构、元素价态、电学和磁学性质的分析,研究了样品室温铁磁性来源.研究结果表明,2次烧结的样品比1次烧结样品的磁化强度明显增强;观测到的铁磁性与ZnO本征缺陷(Zn空位)有关,铁磁性起源于局域化受主(Zn空位)之间的交换相互作用.     

铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能及其微结构研究

以氧化铝(Al2O3)掺杂的氧化锌(Zn O)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上制备了具有c轴择优取向的铝掺杂氧化锌(Zn O:Al)薄膜样品.通过可见-紫外光分光光度计和X射线衍射仪的测试表征,研究了生长温度对薄膜光学性能及其微结构的影响.实验结果表明:薄膜性能和微观结构与生长温度密切相关.随着生长温度的升高,样品的可见光平均透过率、(002)择优取向程度和晶粒尺寸均呈非单调变化,生长温度为640 K的样品具有最好的透光性能和晶体质量.同时薄膜样品的折射率均表现为正常色散特性,其光学能隙随生长温度升高而单调增大.与未掺杂Zn O块材的能隙相比,所有Zn O:Al薄膜样品的直接光学能隙均变宽.     

氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜结构和磁学特性的影响

采用脉冲激光沉积技术在Al2O3衬底上制备了Mn掺杂的ZnO稀磁薄膜.通过不同氧压下所制备样品的微观结构、光学性质和铁磁特性分析,研究了氧分压对Zn0.99Mn0.01O稀磁薄膜微观结构和磁学特性的影响.结果表明,所沉积薄膜均具有良好的c轴择优取向.在氧分压为5 Pa时得到的(002)衍射峰半高宽最小,但薄膜的室温铁磁...     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

Co_(1-x)Mg_xFe_2O_4薄膜的制备及其磁性研究

采用溶胶—凝胶旋涂法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了Co1-xMgxFe2O4(x=0,0.05,0.10,0.15)薄膜材料.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和振动样品磁强计对样品的结构、形貌、膜厚和磁性进行了研究.讨论了Mg含量对复合薄膜的结构、晶粒尺寸和磁性的影响.结果表明,薄膜为立方尖晶石结构,CMFO薄膜表面光滑平整,晶粒排列紧密.薄膜表现出良好的铁磁性,适量的掺杂Mg2+离子可明显改善钴铁氧体的磁性,随着Mg含量的增加,饱和磁化强度先增加后减小,矫顽力呈现逐渐减小趋势.     

Zn_(1-x)Co_xO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn1-xCoxO稀磁半导体材料结构随Co含量(x)的变化.结果表明在低含量的Co掺杂ZnO(x=0.02,0.05)时Co2 离子完全进入ZnO晶格中,替代了Zn2 离子,并且造成了Co2 离子周围局域结构的膨胀.当Co的含量x增加到0.10或更高时,只有一部分的Co2 离子进入晶格,剩余的Co2 和Co3 析出晶格形成Co3O4相.     

Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn1-xCoxO稀磁半导体材料结构随Co含量(x)的变化.结果表明在低含量的Co掺杂ZnO(x=0.02,0.05)时Co2 离子完全进入ZnO晶格中,替代了Zn2 离子,并且造成了Co2 离子周围局域结构的膨胀.当Co的含量x增加到0.10或更高时,只有一部分的Co2 离子进入晶格,剩余的Co2 和Co3 析出晶格形成Co3O4相.     

Al和氧空位对ZnO:Co稀磁半导体磁性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Al共掺杂和氧空位缺陷对Co掺杂ZnO磁性质的影响,发现Al原子共掺杂引入的自由电子载流子会稳定体系的反铁磁性从而减弱Co原子间的铁磁性交换,而氧空位缺陷束缚的电子载流子对提高体系的铁磁性具有积极的作用.氧空位引入的电子载流子部分转移到Co原子和近邻Zn原子,形成以电子载流子为媒介的Co原子间的耦合作用,稳定体系的铁磁态,增强Co原子间的交换耦合作用.     

掺Ni的AlN薄膜稀磁半导体的制备及磁性研究

采用射频磁控溅射的方法制备掺Ni的AlN薄膜Al1-xNixN(x=0.021、0.047、0.064、0.082),薄膜样品沿AlN(100)晶向生长.利用振动样品磁强计研究其磁性能,发现样品在室温下均具有铁磁性,随Ni掺杂量的增加,饱和磁矩先减小后增大,最大矫顽力达104Oe.结合X线光电子能谱分析,推断掺杂Ni原子进入AlN晶格取代了Al的位置,样品的铁磁性可以用Ni与相邻N原子之间的p-d杂化机制来解释.     

过渡族金属掺杂ZnO薄膜的晶体结构和磁性研究

采用电子束蒸发法制备了过渡族金属(Fe、Co、Cu)掺杂ZnO薄膜.通过对样品薄膜的结构分析,研究了衬底温度以及Cu掺杂含量对薄结晶状况的影响,获得沿c轴高度择优取向的高质量ZnO薄膜.采用X射线衍射谱(XRD)分析样品结构,并对薄膜的晶粒结构、晶粒尺寸和表面形态进行讨论,认为400℃的衬底温度对硅衬底薄膜是合适的.通过对薄膜磁性能的分析和研究,得出一些有意义的结果:适量过渡金属离子Fe、Co掺杂的ZnO薄膜,在室温下具有铁磁性,而在此基础上掺入少量的Cu离子能改善薄膜的磁性能.     

退火对Al掺杂ZnO薄膜结构和磁性的影向

采用直流磁控溅射法制备了Al掺杂ZnO薄膜,并在不同的氛围和温度下进行了退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)对薄膜的结构和磁性进行了表征.采用了一种改进的磁性修正方法对磁测量结果进行了修正.结果表明,不同的退火温度和氛围对薄膜的微结构和磁特性有着较大的影响,与真空退火处理的薄膜相比,空气退火处理的薄膜样品呈现了明显的铁磁性,磁矩约增加了一个数量级.室温铁磁性可能与Al和ZnO基体之间发生的电荷转移以及在不同退火氛围下Al在ZnO晶格中的地位变化有关.     

Cr掺杂ZnO薄膜的制备及磁性机制研究

采用磁控交替溅射方法以及真空退火处理制备了Zn1-xCrO薄膜,采用X射线衍射、X射线光电子能谱、物理性质测量仪对样品的结构、表面形态以及磁学性质进行了测试与分析．测试结果表明所有掺杂样品在室温下均具有微弱的铁磁性,并初步给出了其磁性机制．     

ZnO:Al透明导电薄膜的制备及其光电性能的研究

利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备Al3+掺杂ZnO薄膜,研究了Al3+掺杂对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响.XRD测量结果表明,Zn1-xAlxO薄膜具有六角纤锌矿结构,晶格常数随着Al掺杂浓度的增加而减小;紫外-可见透射光谱(UV)表明,所有薄膜在可见光区的透过率均超过80%;光致发光谱研究发现,随着Al掺杂浓度的增加ZnO的吸收带边发生蓝移,XRD和光学性能研究都证实了ZnO薄膜中的Al3+是以替位式形式存在于晶格中.     

Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究

利用XAFS技术研究溶胶-凝胶法制备的Zn（1-x）CoxO稀磁半导体材料结构随Co含量（x）的变化．结果表明在低含量的Co掺杂ZnO（x=0．02，0．05）时Co^2＋离子完全进入ZnO晶格中，替代了Zn^2＋离子，并且造成了Co^2＋离子周围局域结构的膨胀．当Co的含量x增加到0．10或更高时，只有一部分的Co^2＋离子进入晶格，剩余的Co^2＋和Co^3＋析出晶格形成Co3O4相．     

V掺杂ZnO薄膜的室温铁磁性

采用磁控溅射法在Si基底上制备了Zn1-xVxO系列薄膜样品,X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他的衍射峰存在.研究发现,c轴晶格常数随着掺杂浓度的增加而增大.原子力显微镜测量表明样品中的颗粒分布均匀,没有发现团聚物.磁性测量表明,直接沉积的样品具有顺磁性,而经真空退火的所有样品都具有明显的室温铁磁性,且随着掺杂浓度的增加,样品的饱和磁化强度增加.     

超声喷雾热解法制备AZO薄膜及其光致发光性能研究

利用超声喷雾热解法以乙酸锌、硝酸铝为Zn、Al源配制前驱体溶液,按不同的Z n、A l原子比（1∶0．02,1∶0．03,1∶0．04,1∶0．05和1∶0．06）在单晶硅（100）衬底上制备出具有较好光致发光性能的ZnO ：Al（AZO）薄膜．采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM ）和光致发光谱（PL ）表征了样品的晶体结构、表面形貌和光致发光性能．结果表明：所制备样品属于纤锌矿ZnO 结构,且择（002）取向生长,薄膜表面比较平整,具有较好的光致发光性能．并且Al掺杂量对AZO薄膜的紫外发射性能有重要影响,随着Al掺杂量的增加,紫外发射峰先蓝移后红移．在Zn、Al原子比为1∶0．04时得到的AZO薄膜结晶质量最好,蓝移量最大,光致发光性能最佳．     

Fe掺杂对Zn1 xCoxO纳米晶体结构及磁性行为的影响

利用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂Zn1 xCoxO(x=001~002)纳米晶体.通过XRD,TEM和VSM对其结构、晶格参数和磁性进行了表征和分析.所有样品都没有检测到非晶态产物以及Fe,Co团簇等第二相,即Fe掺杂没有改变Zn1 xCoxO晶体的纤锌矿型ZnO结构、晶粒度大小以及室温铁磁性.随着Fe掺杂浓度的提高,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力等磁性参数都有相应的改善.Fe掺杂还引起了交换偏置,并且,该现象随着Fe掺杂浓度的提高而增强;但是,单原子Fe对饱和磁化强度的贡献低于单原子Co对自发磁化强度的贡献,这表明Fe,Co共掺杂ZnO材料与Co掺杂ZnO材料的磁性机制有所不同.