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Zn_(1-x)TE_xO(TE=Mn,Co,Cu)稀磁半导体块材样品制备及磁性

近年来,在稀磁半导体中,因表现出独特的磁有序现象备受人们关注,这一方面是因为对所表现出的独特磁性的理解涉及到很多的基础性物理问题,另一方面是这些独特的磁性蕴涵巨大的潜在应用前景。本文用固相反应法制备了过渡金属掺杂ZnO 的块材样品,在大量工艺探索的基础上,结合样品的结构分析和磁性行为,对样品磁性的起因进行了初步的探讨。具体研究内容及结论如下: 概述了稀磁半导体的研究进展,重点介绍了ZnO 基稀磁半导体的晶体结构、磁有关的效应以及稀磁半导体中磁性起因的认识等。迄今,文献上很多的研究集中在过渡磁性金属掺杂的稀磁半导体薄膜材料方面,对其块材研究涉及很少。在大量文献调研的基础上,我们提出以过渡磁性金属掺杂的稀磁半导体块材样品制备及其磁性研究作为本论文的选题和主要研究内容。首先对Mn 掺杂ZnO 的块材样品的制备工艺进行了大量探索,结合结构分析和磁测量,我们摸索出适于获得具有室温铁磁性的Mn 掺杂ZnO 块材样品的制备工艺。我们的研究结果  (本文共133页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(长春应用化学研究所)
中国科学院研究生院(长春应用化学研究所)

ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

本论文利用溶胶-凝胶法和水热法制备了不同离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,Ni2+)作为磁性杂质的ZnO 基稀磁半导体,并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶-凝胶法制备的薄膜的晶体为c 轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响,其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小,薄膜的沿c 轴生长的趋势加强。此外,烧结温度的提高也增强薄膜沿c 轴生长的趋势,但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c 轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现,在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成,而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于100nm,15 层薄膜的膜厚为357~366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布,成膜过程不改变掺杂离子(Eu3+,Sm3+,Mn2+,Fe3+,Co2+,N...  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

Mn掺杂ZnO纳米晶的光学和磁学性质研究

稀磁半导体材料是自旋电子学领域一个重要分支,由于具有巨负磁阻效应、磁光效应等新颖特性而受到人们的广泛关注。目前实现室温铁磁性是稀磁半导体研究中的重要课题,理论预测在Mn掺杂的ZnO中能够实现室温以上的铁磁性。此外,作为一种宽带隙半导体材料,ZnO的激子束缚能高达60 meV,具有优良的光学性质。因此,Mn掺杂的ZnO材料研究在磁性半导体领域广泛开展起来。本论文针对目前ZnO基稀磁半导体材料中的光学性质变化和磁性来源问题,利用溶胶-凝胶方法制备了Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并对其光学和磁学性质进行了系统的研究。研究表明,掺杂后材料的光学质量有所提高,并具有室温以上铁磁性。具体工作如下:1.采用无水乙醇为溶剂合成了平均粒径为27nm的Mn掺杂的ZnO纳米薄膜,讨论了掺杂浓度和退火温度对样品的结构、光学和磁学性质的影响。研究发现随着Mn化学剂量的增加,样品的晶格常数增大,这表明Mn已经进入了ZnO晶格。适量的Mn掺杂可以钝化样品...  (本文共99页) 本文目录 | 阅读全文>>

复旦大学
复旦大学

金属团簇和锰掺杂稀磁半导体中几何结构与电子性质的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法(LAPW与DMol~3)研究了过渡金属元素(Mn)掺杂稀磁半导体[闪锌矿结构的Ca_(1-x)Mn_xAs,Ga_(1-x)Mn_xN和Cd_(1-x)Mn_xTe,(x=1.0,0.25,0.0625])]中的磁性质及电子结构性质,小体系金属团簇上的吸附与反应,稳定几何结构及电子结构性质,其主要内容如下:第一章分为三部分。第一部分主要介绍了密度泛函理论的一些基本原理和有关的新进展。第二、三部分分别详细介绍了本文中所采用的计算方法——LAPW(线性缀加平面波方法,倒空间)与DMola~3(分子、团簇的局域密度泛函计算方法,实空间)程序包的理论基础和主要特征。第二章研究了过渡金属元素锰(Mn)掺杂稀磁半导体[闪锌矿结构的Ga_(1-x)Mn_xAs,Ga_(1-x)Mn_xN和Cd_(1-x)Mn_xTe,(x=1.0,0.25,0.0625)]中的磁性质及其电子结构性质。我们的计算结...  (本文共141页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

ZnO基稀磁半导体的结构与性能研究

稀磁半导体(DMS)能够实现电荷和自旋的同时操纵,可以极大地提高磁存储的传输速率,因而受到了广泛的关注。在本论文中,制备了平衡态生长方式(sol-gel)和非平衡态生长方式(磁控溅射、CVD、PLD)的不同浓度的单掺杂和共掺杂系列ZnO基稀磁半导体样品。主要利用EXAFS和XANES方法结合其它多种实验手段从实验和理论两方面联合研究多种不同方法制备的过渡金属掺杂ZnO稀磁半导体体系。采用荧光EXAFS方法详细研究不同方法制备的ZnO稀磁半导体中掺杂过渡金属原子在ZnO介质中的局域结构,掺杂原子对于基质中Zn的局域结构的影响。从实验和理论(FEFF8软件包)分析Zn、Co以及O的K边XANES谱,对过渡金属掺杂导致ZnO基稀磁半导体的结构变化,包括键长、空位、间隙以及替代原子的排布方式进行了详细的研究。结合SQUID、XRD和高分辨电镜等方法,解析过渡金属在基质ZnO中的存在方式,探讨铁磁性的来源,以及铁磁性的产生机理。为制备高性...  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州大学
兰州大学

TiO_2基半导体材料的光学和磁学特性研究

TiO_2基半导体薄膜和纳米结构的研究与开发对半导体发光材料、自旋电子学、光催化剂以及染料敏化太阳电池等领域具有重要意义。稀土掺杂TiO_2薄膜和纳米材料可以获得从可见到红外波段的有效发光;Co掺杂TiO_2纳米材料可以获得具有室温铁磁性的纳米稀磁半导体;N的掺杂可以使TiO_2的吸收边延伸至可见光区。本论文主要在TiO_2材料的制备工艺以及对其进行掺杂等方面开展了工作,对材料的结构、光学以及磁学特性进行了研究。主要内容包括以下几个方面:(1)用Sol-Gel法制备了TiO_2:Tb薄膜并且研究了薄膜的发光性能。PL研究表明在可见光区410,432,467,493,550,590和624nm有较强的发光峰,分别对应于Tb~(3+)离子4f层内的~5D_3→~7F_5,~5D_3→~7F_4,~5D_3→~7F_3,~5D_4→~7F_6,~5D_4→~7F_5,~5D_4→~7F_4和~5D_4→~7F_3跃迁。其中最强的发光为...  (本文共118页) 本文目录 | 阅读全文>>