過(guò)渡金屬元素Co和Mn摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體塊材樣品的制備及磁性.pdf

1、在半導(dǎo)體中引入磁性金屬元素而形成的稀磁半導(dǎo)體材料因其能將自旋和電荷兩個(gè)自由度集于一身，已經(jīng)成為最近幾年來(lái)凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域中最前沿的研究對(duì)象。最近的理論研究指出，用特定的磁性元素對(duì)ZnO進(jìn)行n型摻雜有可能獲得室溫鐵磁性，因此，作為一種Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，ZnO已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。本文采用標(biāo)準(zhǔn)的固相反應(yīng)法在ZnO半導(dǎo)體中引入磁性過(guò)渡金屬元素Co和Mn，對(duì)樣品的磁化行為進(jìn)行了初步研究，試圖揭示出稀磁半導(dǎo)體中鐵磁性的起因。主要研究?jī)?nèi)

2、容如下：第一章介紹了稀磁半導(dǎo)體的研究概況和應(yīng)用前景，簡(jiǎn)要概述了稀磁半導(dǎo)體ZnO半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、能隙等基本性質(zhì)，最后提出了本文的立論依據(jù)，指出了本文的研究意義。第二章簡(jiǎn)要介紹了樣品的制備工藝和探索過(guò)程，以及稀磁半導(dǎo)體中可能存在的磁相互作用。第三章從實(shí)驗(yàn)上研究了Co摻雜ZnO系列樣品的結(jié)構(gòu)及其磁化行為，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了樣品磁性的起因，并對(duì)樣品中的磁相互作用的機(jī)制進(jìn)行了初步探討。得出如下結(jié)論：（1）采用標(biāo)準(zhǔn)的固相反應(yīng)法制備的Zn1-xC

3、oxO樣品為單相；（2）低溫（TS<600oC）制備的Zn0.9Co0.1O樣品在低溫區(qū)呈現(xiàn)鐵磁有序行為，磁轉(zhuǎn)變溫度TC大約為40K；（3）摻雜樣品的制備溫度TS以及摻雜濃度x對(duì)樣品磁化行為有顯著的影響，鐵磁有序僅存在于低溫制備的低摻雜濃度的Zn1-xCoxO樣品中；（4）Zn1-xCoxO摻雜樣品中的鐵磁性來(lái)源于在樣品的順磁性背景上生長(zhǎng)出來(lái)的鐵磁性集團(tuán)之間的鐵磁性耦合，是樣品的本征行為；（5）運(yùn)用磁滲流理論對(duì)Zn1-xCoxO樣品的磁

4、化行為在定性上給出了合理的解釋。第四章在上一章的研究基礎(chǔ)上，在Zn1-xCoxO體系中引入額外的Mn，對(duì)Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO樣品的磁性質(zhì)進(jìn)行了深入研究。主要結(jié)論如下：（1）摻雜濃度低于15﹪的樣品是單相的纖維礦結(jié)構(gòu)，摻雜濃度為30﹪的樣品的主相同樣是纖維礦結(jié)構(gòu)，但隨著TS的變化，樣品中出現(xiàn)不同的反鐵磁性第二相；（2）低溫（TS<700oC）制備的Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO樣品在低溫下呈現(xiàn)鐵磁有序，磁轉(zhuǎn)變溫度

5、大約為45K，在高于700oC的溫度下制備的樣品均顯示順磁性；（3）Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO樣品的磁化強(qiáng)度很難達(dá)到飽和，對(duì)摻雜濃度為10﹪的樣品，即使在10K時(shí)，70000Oe的外場(chǎng)下，樣品的磁化強(qiáng)度僅達(dá)到0.4emu/g，遠(yuǎn)小于理論值；（4）通過(guò)研究樣品磁化率與溫度的關(guān)系，證實(shí)了樣品中Griffiths相的存在，并對(duì)樣品磁化率的行為給出了定性解釋；（5）在Co摻雜ZnO的基礎(chǔ)上，引入額外的Mn，更有利于樣品中鐵磁有序的形