浓磁半导体材料的制备、磁性和自旋极化的输运

成功制备出过渡金属元素含量高的Zn_1-xCo_xO、Ti_1-xCo_xO₂、(In_1-xCo_x)2O3铁磁半导体(浓磁半导),发现这些氧化物浓磁半导体具有高于室温的居里温度、高自旋极化率、巨磁光克尔效应等优良材料特性。还对浓磁半导的输运性质进行了系统的实验和理论研究,提出了自旋依赖的电子变程跃迁理论模型。这些用新方法制备的氧化物浓磁半导体,不同于常规的稀磁半导体,有望成为高效自旋注入源和半透明磁光新材料。     

CoFeCrGa1-xAlx合金的电子结构、磁性和自旋零带隙半导体特性研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了Al掺杂对CoFeCrGa1-x Alx(x=0、0.25、0.5、0.75)合金电子结构、磁性、自旋零带隙半导体特性的影响.结果表明,随着Al掺杂浓度的增加,合金晶格常数减小,总磁矩符合Slater-Pauling规则.在整个研究范围内,CoFeCrGa1-x Alx...     

稀磁半导体Cd＿（1－x）Mn＿xTe，Cd＿（1－x）Fe＿xTe的巨法拉第效应

用消光法、交替磁场法和磁光调制法测量了不同温度下、不同组分的稀磁半导体Ｃｄ＿（１－ｘ）Ｍｎ＿ｘＴｅ和Ｃｄ＿（１－ｘ）Ｆｅ＿ｘＴｅ的巨法拉第效应。实验表明：对较高组分的，法拉第旋转角为负，用单振子模型能很好地描述实验结果。稀磁半导体Ｃｄ＿（１－ｘ）Ｆｅ＿ｘＴｅ表现出与Ｃｄ＿（１－ｘ）Ｍｎ＿ｘＴｅ同量级的巨法拉第效应，当组分较低时，法拉第旋转角随入射光子能量出现由正到负的变化，必须用多振子模型才能很好解释实验结果。当样品很薄或磁场较低时，磁光调制法以其很高的测量精度显示出巨大的优越性。     

铁磁/半导体/铁磁异质结中电子的自旋翻转及磁电阻效应

考虑半导体中自旋轨道耦合作用的自旋翻转效应及铁磁半导体边界处的界面势垒作用,研究了自旋极化电子在准一维铁磁/半导体/铁磁(F/S/F)异质结中的输运行为.数值结果表明,随着界面势垒的增大能够实现电子自旋的翻转.随着两边铁磁体磁化方向夹角的变化,磁电阻在夹角为π处出现正负转变,而且磁电阻正负值的绝对值关于夹角π不对称,这些现象均起源于Rashba自旋轨道耦合作用而不是Dresselhaus自旋轨道耦合作用.与Dresselhaus自旋轨道耦合作用相比,Rashba自旋轨道耦合作用更能增大磁电阻效应.     

非晶Co/Ge多层膜的磁性和电性能

采用射频溅射的方法制备了[Cox/Ge10-x](x=0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2.5nm)非晶多层薄膜,X射线衍射仪(XRD)显示样品中不存在第二相.随着Co层厚度增加,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性.制备态的[Co2.5/Ge7.5]的饱和磁化强度Ms可达8.3×104 A/m.霍尔效应测试表明样品均为P型半导体,载流子浓度约为1023~1025 m-3.薄膜的低温电阻导电机理属于磁性半导体材料的自旋依赖电子变程跃迁机制,实验结果表明,Co/Ge体系有作为新型自旋电子学器件材料的可能.     

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的结构、磁致伸缩和Mssbauer研究

系统研究了室温下Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x<0.4时,Tb0.3Dy0.7(Fe_(1-x)Al_x)1.95完全保持MgCu2立方Laves相结构,晶格常数a随Al含量x的增加而增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增加磁致伸缩减小,x>0.15时超磁致伸缩效应消失;x<0.15时磁致伸缩在低场下(H≤40kA/m)有小幅增加,高场下迅速减小,而且易趋于饱和,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随Al替代量x的增加大幅度降低.M?ssbauer效应表明,Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95合金的易磁化方向随成分和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向.室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x>0.15时,合金完全呈顺磁性;而77K温度下x=0.2时合金仍然呈磁性相.在室温和77K温度时,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小,而同质异能移IS随Al元素的增加而增加.     

新型稀磁半导体Mn掺杂LiCaN的光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对新型稀磁半导体Li_(1±y)(Ca_(1-x)Mn)x)N(x=0,0.125;y=0,0.125)进行几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构和光学性质.结果表明:掺杂体系的磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li的含量进行调控.Mn掺入后Mn 3d态电子劈裂为三重简并的t_(2g)能级和二重简并的e_g能级,体系发生sp-d杂化,具有半金属铁磁性,Li不足和过量时带隙值和磁矩均减小,但居里温度提高,导电性增强,表现为100%自旋注入,且Li不足时半金属性明显增强.Li过量时体系发生了杨-泰勒效应,居里温度最高,同时形成能最低.对比光学性质发现,介电函数虚部、复折射率函数、吸收函数和光电导率函数虚部明显受到Li的化学计量数的影响,进一步对比能量损失函数表明掺杂体系具有明显的蓝移效应和更强的等离子体共振频率,且Li不足与Li过量时有更宽的等离子体振荡范围.     

Fe掺杂对La0.67Sr0.33CoO3磁电性质的影响

通过磁性、电子输运和磁电阻等性质的测量,我们研究了La0.67Sr0.33CoO3的Fe掺杂效应.发现当Fe掺杂直到x=0.3时,样品的结构没有明显变化,但掺杂将降低居里温度Te和磁化强度M.电阻率在低掺杂(x≤0.1)时显示金属性输运行为,而在高掺杂(x=0.2和0.3)时则显示半导体行为.而且,Fe掺杂削弱了居里温度Te处的MR峰值,但增加了低温下(T≤Te)的MR值.La0.67Sr0.33CoO3的Fe掺杂效应和磁电阻的起源可由外加磁场导致的自旋态转变来解释.     

Cr掺杂BN半金属铁磁性的第一性原理计算

在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cr掺杂的闪锌矿稀磁半导体(DMS)B1-xCrxN(x=0.062 5,0.125)的电子结构和磁性进行了研究.结果表明掺入磁性过渡金属Cr后的BN明显呈现出显著的半金属特征,Cr原子在较小的掺杂浓度下构成了中间带隙的深层能级,使得原胞中Cr原子的局域磁矩约3μB,并且不随杂质浓度变化而改变.在B1-xCrxN(x=0.125)体系多种替位构形中,N220型的Cr-Cr铁磁耦合态最稳定,其铁磁性主要是由双交换机制引起,这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值.     

(PrGdYb)_(3-x)(FeAl)_5O_(12)石榴石外延膜及其磁光特性

文中详细讨论了新型磁光材料(PrGdYb)_(3-x)Bi_x(FeAl)_5O_(12)单晶薄膜的外延生长法及所得样品的测试数据。样品比法拉第旋转θ_F～1.6×10~4deg/cm,并有较宽的光谱透过区.     

稀土石榴石晶体磁光效应微观机制研究

本文用量子理论计算了RE:YIG(RE=Ce,Pr)晶体薄膜中RE离子经晶场和交换作用劈裂后的能级和波函数及4f~n→4f~(n-1)5d~1电偶极跃迁几率,进而计算了该晶体的Faraday旋转,计算结果与实验完全符合.结果表明,RE:YIG晶体的磁光效应主要来自RE离子4f~n→4f~(n-1)5d~1的电偶极跃迁;晶场与交换作用起着重要作用.     

La_(0.67)Sr_(0.33)Mn_(1-x)Fe_xO_3体系的正电子湮没研究

采用固相反应方法制备了名义成分为La0.67Sr0.33Mn1-xFexO3(0x0.2)的系列样品.利用X射线衍射、激光拉曼、正电子湮灭等实验手段并结合输运测量,对该系列样品进行了研究.结果表明,各样品均为正交钙钛矿结构;随着掺杂量的增加,样品的电阻率ρ急剧变大,绝缘体-金属转变峰随着掺杂浓度x的增加,峰值对应温度向低温区移动,这是由于样品内部晶体结构的变化所导致的.掺杂样品中缺陷及电子结构的变化与掺杂浓度密切相关,这主要是由于样品中的Mn3+被Fe3+所替代,部分Mn3+-O2-Mn4+铁磁双交换作用键被打断,样品中的铁磁与反铁磁作用的相互竞争以及样品内部电子局域化所形成的极化行为等因素的影响所导致的.     

用RAS模型估算半磁半导体Cd_（1－x）Mn_xTe富碲溶液蒸汽压

Ｃｄ１－ｘＭｎｘＴｅ富碲溶液的平衡蒸汽压是设计优化生长装置和获得最佳生长条件所不可缺少的．本文用缔合规则溶液（ＲＡＳ）模型估算了Ｃｄ１－ｘＭｎｘＴｅ富碲溶液的平衡蒸汽压，并且和实验结果进行了定性比较．     

Giant magneto-optical faraday effect of nanometer Fe-In<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> granular films

The giant magneto-optical Faraday effect of nanometer ferromagnetic metal-semiconductor matrix Fe-ln2O3 granular films prepared by the radio frequency sputtering are studied. The result shows that the Faraday rotation angle θF value of the granular film samples with Fe volume fraction x = 35% is of the order of 10^5（°）/cm at room temperature. Temperature dependence of the Faraday rotation angle θF of Fe0.35（In2O3）0.65 granular films shows that θF value below 10 K increases rapidly with the decrease of the temperature, and when T= 4.2 K, θF value is 106（°）/cm. Through the study of the dependence of low field susceptibility on temperature and the hysteresis loops at different temperatures, it has been found that when the temperature decreases to a critical point Tp = 10 K, the transformation of state from ferro-agnetic to spin-glass-like occurs in Fe0.35（In2O3）0.65 granular films. The remarkable increase of the Faraday rotation angle θF value of Fe0.35（In2O3）0.65 granular films below 10 K seems to arise from the sp-d exchange interaction of the granular film samples in the spin-glass-like state.     

磁光Faraday效应的经典和量子理论描述

分别从经典电动力学和量子力学角度对磁光Faraday效应进行描述,给出量子理论的计算方法,讨论稀土石榴石晶体中晶场和交换场的作用,指出产生磁光Faraday效应的机制。     

交换相互作用和屏蔽参数对类锂原子能量的影响

讨论了类锂原子内壳层电子和外壳层电子的交换相互作用和屏蔽效应,采用变分法计算类锂原子的基态能量,计算结果表明这些效应对Ｌｉ,Ｂｅ＾＋,Ｂ＾２＋基态能量的贡献约为６ｅＶ。     

Ce∶YIG磁光薄膜法拉第旋转谱的理论计算

考虑到Ce3 + 的 5d ,4f以及Fe3 + 的 3d电子轨道形成具有较大自旋 轨道相互作用的耦合轨道 (Ce4f+Ce5d+Fe3d) ,将Ce3 + 离子的含量与耦合轨道联系起来 ,并给出了Ce3 + 离子的含量与跃迁中心数之间的定量关系式 .在ω =0 .8～ 3.2eV的范围内 ,计算了x =0 .3和x =0 .7时Y3 -xCexFe5O12 的法拉第旋转谱 .结果表明 ,Ce∶YIG的法拉第旋转角的增加主要是由于Ce3 + 的掺入形成耦合轨道 ,使其自旋 轨道劈裂增加所导致     

基于色氨酸的生物受体合成与阳离子识别研究

以胺羧配体EDTA、DTPA作为二价模板框架,利用简便方法设计合成了以色氨酸为核心识别单元、含有苯丙氨酸的开链式结构生物受体,并利用荧光光谱和质谱等技术研究了受体与碱土金属离子(Ca2+、Ba2+、Mg2+)和过渡金属离子(Cu2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Cd2+)以及碱金属离子(Li+、Na+、K+)之间的相互作用.结果发现,在水溶液中金属离子与吲哚环之间存在相互作用,这两个受体对多种具有重要生物学和环境保护意义的金属离子有着良好的选择性识别作用.     

（Y，Ce，Sm）（Mg，Mn）B_5O_（10）中Sm~（3＋）的发光与Mn~

研究了（Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ｂ５Ｏ（１０）中Ｓｍ（３＋）和Ｍｎ（２＋）的发光性质，Ｍｎ（２＋）浓度对Ｓｍ（３＋）发射的影响．着重讨论了Ｍｎ（２＋）对Ｓｍ（３＋）发射的敏化作用及能量传递机理．