Co摻雜的ZnO稀釋磁性半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、稀釋磁性半導(dǎo)體材料是一種非常具有潛力的新型材料,因為它在同一材料中集合了光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)。過渡金屬的摻雜隨機占據(jù)在品格中的某一替代位,將通過自由載流電荷的誘導(dǎo)相互耦合。從而使得該類材料表現(xiàn)出一系列特殊的效應(yīng),對現(xiàn)代化的機械設(shè)備應(yīng)用等非常有用。在眾多的稀磁半導(dǎo)體中,Co摻雜的ZnO材料可以作為一個典型的研究對象。這是由于不管是n型還是p型導(dǎo)電,理論及實驗上均報道過其高于300K的居里溫度,此外Co離子摻雜進入ZnO主品格占據(jù)陽離子位

2、可以達到很高的濃度。因而,本論文通過調(diào)查溶膠凝膠法獲得的Co摻雜的ZnO樣品的結(jié)構(gòu)和磁性,以期獲得稀磁半導(dǎo)體材料的磁性來源。
   對于各摻雜含量的樣品,X射線衍射結(jié)果均表明其結(jié)構(gòu)并未改變,仍然保持ZnO的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。且振動樣品磁強計測試表明所有樣品均具有室溫鐵磁性。為了得到確切的原子分布來分析宏觀磁性,X射線吸收被用來分別探測Co原子及Zn原子的K邊。
   X射線吸收數(shù)據(jù)通過一些步驟的處理,如背底扣除、數(shù)據(jù)歸一化

3、、傅里葉變換及反向傅里葉變換,得到原子的局域結(jié)構(gòu)。Zn的近邊及擴展邊分析都表明Zn原子周圍的化學(xué)環(huán)境并未隨著磁性離子的摻入而改變,其配位環(huán)境與ZnO中一致。因此,觀測到的室溫鐵磁性必定跟磁性離子Co的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。
   Co的K邊X射線吸收數(shù)據(jù)采用相同的步驟進行分析,結(jié)果表明樣品中存在一定的雜相Co3O4。對實驗數(shù)據(jù)進行擬合,當只考慮替代Zn離子位存在的Co離子時,擬合結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相差很多,這表明了樣品中還有以其它局域結(jié)構(gòu)

4、形式存在的Co離子。通過嘗試其他一系列可能存在的Co結(jié)構(gòu)進行擬合,得到了與實驗結(jié)果相吻合的Co結(jié)構(gòu)。在樣品中,一共存在四種局域結(jié)構(gòu)的Co離子,分別為:替代Zn位的Co離子,處于填隙位的Co離子,以F心模型存在的Co離子以及以雜質(zhì)Co3O4形式存在的Co離子。并且擬合結(jié)果給出了各摻雜樣品中各種Co離子結(jié)構(gòu)占總的Co含量的比例。
   根據(jù)實驗擬合結(jié)果,并結(jié)合磁性分析,可以得到合理的磁性解釋:O空位形成的F心模型及處于填隙位的Co離

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