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.     

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.     

Cu掺杂ZnO纳米线的制备与性能研究

利用碳热还原法制备了纳米线结构的Cu掺杂ZnO基稀磁半导体.通过X射线衍射分析表明,样品为纯相ZnO纤锌矿结构.扫描电镜结果表明所生长的纳米线直径在50~300 nm之间.磁性测量表明样品在室温下呈现室温铁磁性.     

Zn0.93Co0.07O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.     

溶胶-凝胶法制备具有室温铁磁性的Ti_(0.975)Co_(0.025)O_2纳米颗粒

采用溶胶-凝胶工艺制备了磁性Co掺杂TiO2基稀磁半导体的纳米颗粒,在空气氛围中以不同温度对样品进行退火处理.通过差热/热重综合热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)分析了纳米颗粒的结构和相变温度.使用振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能.研究发现:退火温度较低时样品为锐钛矿结构,在823K时出现少量金红石相,当退火温度为873K时,样品基本转变成金红石结构,同时析出少量CoTiO3.退火温度同时对样品的磁性有较大影响.随着退火温度的升高,样品室温下的M-H曲线由顺磁形式向铁磁形式转变.退火温度为873K时,我们得到了具有室温铁磁性的Ti0.975Co0.025O2纳米颗粒.     

烧结温度对Zn_(0.98)Cu_(0.01)Co_(0.01)O稀磁半导体性质的影响

本文以Zn(NO3)2·6H2O,Co(NO3)2·6H2O,Cu(NO3)2·3H2O为原料,与适量的柠檬酸配制成溶液,采用溶胶—凝胶法(sol-gel)合成前驱体,将前驱体在氩气气氛中选择不同温度进行烧结得到Zn0.98Cu0.01Co0.01O稀磁半导体样品,利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱仪(PL)、振动样品磁强计(VSM)对所制备样品的结构、光学性能及磁性进行研究.实验结果表明:制备的样品为单一的纤锌矿结构,烧结温度改善了样品的光学性质及磁性.     

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.     

V掺杂ZnO基稀磁半导体的结构及磁性研究

利用溶胶-凝胶法制备前驱体,并在空气气氛中进行热处理,合成了具有六方纤锌矿结构的纯相ZnO及V掺杂ZnO纳米颗粒.分别用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)等测试手段对样品的结构、形貌和磁学性质进行表征测试.结果表明,V掺杂使晶格常数明显变小,同时抑制了晶粒的生长,没有发现第二相的存在.经过分析,认为V掺杂ZnO基稀磁半导体的铁磁性是其本质特性.     

宽带隙半导体SiC非磁性掺杂研究取得进展

长期以来,过渡元素（Fe,Mn,Co等）掺杂稀磁宽带隙半导体的磁性来源问题一直存在着很大争议．主流观点认为,由于样品制备条件的差异,大多数过渡元素掺杂宽带隙半导体的磁性来源于磁性杂质的干扰或磁性原子在基体形成团簇所致,而不是掺杂材料的本征特性．因此,通过掺杂非磁性元素可以有效地避免磁性杂质的引入,排除磁性杂质的干扰,可以为探讨稀磁半导体的磁性来源提供理想的实验体系．这对深入认识宽带隙半导体中自旋长程有序的机制有着重要学术意义．     

碳掺杂二氧化钛的稀磁特性

作为新型材料的稀磁半导体(DMS)在大规模集成电路、高频率器件和光电子器件等方面得到广泛的运用.这主要源于稀磁半导体(DMS)同时具备半导体的电学性质和磁性材料的磁学性质.采用放电等离子烧结(SPS)制备了碳纳米管掺杂的锐钛矿相二氧化钛和未掺杂锐钛矿相二氧化钛样品,样品的结构、形貌、成分、氧空位和磁性等物理性质分别通过XRD,TEM,Raman,XPS,PL,VSM等表征手段进行了分析.综合实验结果,发现氧空位的存在和室温铁磁性正相关.     

C掺杂ZnO稀磁半导体的磁特性研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究C掺杂ZnO稀磁半导体的磁性质.发现ZnO∶C体系的磁性来源于C-p和Zn-d轨道之间的杂化,铁磁性产生的机制是以巡游电子为媒介的铁磁交换作用.富O环境下制备ZnO∶C样品能够更好地在室温下得到稳定的铁磁有序.     

Mn掺杂的TiO2粉体的结构和磁性

采用溶胶-凝胶法制备了过渡金属Mn掺杂的TiO2基稀磁半导体粉末.XRD结果表明,所有样品均为锐铁矿结构,不存在任何杂相,且随掺杂浓度的增大,品格常数单调减小,表明Mn替代Ti进入晶格形成稀磁半导体结构.采用VSM检测样品磁性,x=0.06,0.08的样品显示为室温顺磁性,x=0.12的样品在刚加外磁场时,饱和磁化强度随磁场强度的变化类似铁磁材料的情形,但与铁磁材料不同的是随着H的增加,M并没有趋于饱和,而是像顺磁材料那样M随H的增加而线性增加.     

BiFe1-xTxO3(T＝Co和Ni)的晶体结构和磁性

比较了运用固相烧结法制备的BiFe1-xCoxO3和BiFe1-xNixO3的晶体结构、饱和磁化强度和矫顽力随掺杂量的依赖关系. 结果发现,强磁性的立方结构是掺杂样品磁性的主要来源. Ni掺杂样品的居里温度比Co掺杂样品高,这是由于原子间距和离子种类的不同造成了磁性离子间超交换作用的强弱变化所致. Co离子具有较强的单离子各向异性和偏离立方结构的晶格畸变,造成了Ni掺杂样品的矫顽力比Co掺杂样品低. 变温磁滞回线的结果表明,BiCoO3样品的磁晶各向异性随温度降低而增大.     

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.     

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.     

过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

溶胶-凝胶法制备Co,Ni单掺杂TiO_2纳米颗粒及其室温铁磁性

利用溶胶-凝胶法制备了Co,Ni单掺杂的TiO_2稀磁半导体纳米颗粒,并对其微观结构、表面形貌以及磁学性能进行研究.对于3%Co,Ni掺杂TiO_2样品,X线衍射和高分辨透射电镜均没发现其他相物质的生成;对于6%Co,Ni掺杂样品,X线衍射分别探测到CoTiO_3和NiTiO_3相的生成.通过磁学测量表明,在相同的外磁场下,随着Co,Ni掺杂浓度的增加样品的磁化强度显著增强,但6%Co,Ni掺杂导致样品中有填隙离子和顺磁性物质生成,使得纳米颗粒的剩余磁化强度和矫顽力降低.     

过渡金属掺杂的I-III-VI_2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.