单晶CrSbSe3的生长及物性研究

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随着半导体市场的迅速扩张,半导体材料的研究与运用得到了越来越多的关注。磁性半导体材料兼具半导体材料的逻辑性和磁性材料的存储性,因而受到了广泛关注。然而经过十多年的发展,磁性半导体仍面临难以制备可在室温下工作的磁性半导体的问题。因此,研究室温磁性半导体材料的可控制备技术,探索提高其居里温度以使其室温工作的有效方法,对其电学,磁学,热学,光学性能进行全面的物性测试,对磁性半导体材料的发展与应用具有重要意义。本文采用了自助熔剂法生长了准一维单晶CrSbSe3,研究了组份、温度及生长时间等因素对产物尺寸的影响,分析了单晶CrSbSe3的拉曼振动模式、光学带隙以及Pb掺杂样品与母体的电磁特性,详细结论如下:(1)采用了自助熔剂法生长准一维单晶CrSbSe3,所得产物为正交相,空间群为Pnma,晶胞参数分别为a=91.475(6)nm,b=37.872(3)nm,c=134.264(11)nm,理论计算密度为5.864 g/cm3。晶体尺寸在10 mm左右,经过退火后表面助熔剂残留少。(2)分析了材料的角分辨偏振拉曼,根据在不同配置下角分辨偏振拉曼的实验数据结果与对应的拉曼强度公式,确定了拉曼振动模式。发现在垂直配置下出现的振动模式为Ag1、Ag2、Ag4、B11g和B21g;在平行配置下出现的振动模式为Ag1、Ag2、Ag3、B11g和B21g。结果显示,在垂直与平行配置下拉曼振动模式都关于60°角对称。同时,分析了晶面(00l)的变温拉曼,结果显示振动模式Ag1、Ag2、Ag3、B11g和B21g的一阶温度系数分别为-0.0032,-0.0007,-0.0021,-0.0074和-0.0075 cm-1K-1。根据实验数据拟合,可得到不同振动模式下它的一阶温度系数,并对其大小与常见二维材料做了对比,发现一阶温度系数的绝对值大小与分子间作用力大小有关。(3)分析了单晶CrSbSe3及Pb掺杂样品的电学性能,发现Pb掺杂样品的电阻率在100-300 K的温度范围内存在4个数量级的变化,从近绝缘体变化到半导体;母体样品电阻率变化小,保持在104Ω·cm的数量级不变。根据杂质激活能计算可知,Pb掺杂样品的杂质激活能小于母体本征激发所需能量,使得温度变化能引起大的电阻率变化,因此Pb掺杂能有效改善CrSbSe3的电学性质。(4)分析了单晶CrSbSe3及Pb掺杂样品的磁学性能,根据磁学数据的比较可以发现,Pb掺杂既降低了材料的居里温度,也降低了其磁化率。经Pb掺杂后样品的居里温度从母体的71 K下降至65 K,但磁化率表现为各向同性。从磁滞回线中可以得出,对于饱和磁化场强和饱和磁矩,Pb掺杂样品在磁场平行b方向和垂直b方向都比母体样品要大,而且两个方向显示了饱和磁化场强的各向异性。(5)测试了单晶CrSbSe3光学带隙,结果显示为0.7 eV,与文献中电导率推导的带隙0.7 eV结果一致,说明CrSbSe3为窄带隙半导体。
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