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凝聚态物理由于其丰富的物理内涵和广泛的应用,已经发展成当今物理学最重要的领域之一。随着凝聚态物理的理论发展,人们能够在制备样品和对其性质进行表征前模拟和预测材料的性质。这些理论可以应用到实验中而且经常与实验结果一致,为材料的制备和应用提供了正确的方向。凝聚态物理中,稀磁半导体(DMS)材料一直是是研究的热点,这是由于对其所表现的独特磁性的解释关系到大量基础性物理问题,同时其独特的磁学性质有着潜在的广泛应用前景。在众多的稀磁半导体材料中,之所以选择Co掺杂的ZnS材料作为研究对象,是由于ZnS虽然作为一个宽带隙半导体,但对其室温铁磁性的报道和研究却很少,而Co则是稀磁半导体材料中常见的掺杂元素。本论文的主要工作如下:
简述了稀磁半导体的结构、性质和研究进展,详细介绍了ZnS基稀磁半导体的结构和性质。分别使用固相反应法、溶剂热法和化学共沉淀法制备了Co掺杂ZnS纳米颗粒,并使用X射线衍射(XRD)测量样品的结构,发现三种方法制备的样品结构分别为闪锌矿结构、纤锌矿结构、闪锌矿和纤锌矿结构并存。使用X射线吸收精细结构(XAFS)测量化学共沉淀法制备的样品结构,发现掺杂的Co具有使其周围局域结构由闪锌矿结构向纤锌矿结构转变。使用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁性进行测量,结果在固相反应法和溶剂热法制备的样品中发现了室温铁磁性,结合前人的研究和样品的结构分析,推测它们的室温铁磁性来源分别是Zn空位和Zn填隙。