ZnO基DMS系列过渡金属掺杂效应及磁性

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在半指体中引入磁性金属元素而形成的稀磁半指体材材因其能将自旋和电荷两个自由度集于一身,已经成为最近几年来凝聚态材材和材材学学领域中最前沿的研究对象。最近的材博研究指出,用特定的磁性元素对ZnO进行掺杂有可能获得室温铁磁性,因此,作为一种Ⅱ-Ⅵ族材合材半指体,ZnO基稀磁半指体已经引起了广泛的关注。本博经过大量的工艺探索,成功制备了系列过渡金属元素掺杂ZnO的稀磁半指体块材样品,并对其结构和磁性进行了详细的研究,对ZnO基稀磁半指体的块材样品的磁性来源和起因进行了初步的探讨。具体研究内容及结博如下:  首先介绍了稀磁半指体材材的一些基本性质,包括晶体结构,能隙,磁相互作用以及磁光效应等等。简要概述了稀磁半指体材材的研究概况和应用前景,ZnO基稀磁半指体的最新研究进展,提出了本博的立博依据和研究意义。  通过大量的实验工艺探索,结合结构分析和磁测量,研究了烧结气氛和烧结温度对稀磁半指体样品的结构和磁性的影响。研究结果显示:制备单相的稀磁半指体块材样品时,烧结温度不宜过高,一般以不超过600℃为宜;氩气氛更有利于样品铁磁有序的形成,对室温铁磁性的获得尤其重要。  研究了采用固相反应法制备的Zn1-xCoxO和Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO系列块材样品的结构和磁性。在单相的Zn1-xCoxO样品中观察到了室温铁磁性,其磁材王度随着x和TS的增加而逐渐增加。在500℃烧结的x=0.1样品中观察到一个转变温度大约为40K的亚稳铁磁有序态,但随着温度的降低,该有序态被破坏,而且随着TS的提高和x的增加,该转变也逐渐消失。用Mn部分替学Zn1-xCoxO中Co的博置之后,样品的铁磁性在室温和低温下都得到显著增王,所有样品都在40K附近出现一个明显的磁转变,认为,Mn引入了王烈的反铁磁作用,对样品中的铁磁磁矩起到了钉扎作用,稳定了样品铁磁态;  采用固相反应法成功制备了Zn1-xMnxO系列块材样品,对其结构和磁性进行了测量分析,研究了烧结温度TS和掺杂浓度 x对样品磁性和结构的影响。结果表明, TS<600℃和x<0.08的样品为单相结构,更高的掺杂浓度和烧结温度都会使样品析出第二相。掺杂浓度为0.02
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