高溫高壓處理對ZnO基稀磁半導體材料磁電特性的影響.pdf

1、近幾年來，具有居里溫度Tc高于室溫的寬禁帶隙氧化物和氮化物稀磁半導體材料的出現(xiàn)，激起了研究者們的極大興趣，也成為了半導體自旋電子學、材料物理和凝聚態(tài)物理等諸多領域的熱點課題。稀磁半導體材料集載流子的自旋和電荷兩種自由度于一體，具有磁光、磁電、磁輸運等新穎特性，蘊涵著巨大的潛在應用前景，成為當前的重點課題。 固相反應法是目前制備和研究ZnO基稀磁半導體材料的主要方法之一。在大量工藝探索的基礎上，用固相反應法分別成功地制備了均勻性好

2、的Mn摻ZnO和Co摻雜ZnO的納米顆粒。在此基礎上，使用國產(chǎn)六面頂壓機，對稀磁半導體材料進行1—6GPa高壓處理。借助相關分析儀器，對樣品的結構和磁性行為進行了測試分析，并對樣品磁性的起因進行了初步的探討。主要研究工作包括： 借助于XRD衍射分析儀、掃描電鏡（SEM）和分析了在不同摻雜濃度和不同高壓處理下，Zn1—xMnxO體系（x=0～0.06）的結構特性的變化和顆粒尺寸的大小。XRD測試圖像中衍射峰顯示樣品室純ZnO相結構

3、。高壓處理對樣品的晶粒尺寸也產(chǎn)生影響。 借助于物性測試系統(tǒng)（PPMS）研究了Zn1—xMnxO體系樣品隨摻雜濃度的增加磁化強度M與所加磁場H的關系；研究了Zn0.98Mn0.02O在不同高壓處理下的M—H關系。結果表明，隨著摻雜濃度的增加樣品的鐵磁有序行為逐漸減弱，樣品內(nèi)部存在鐵磁和反鐵磁作用的競爭；同時，高壓處理能夠對樣品的室溫鐵磁性產(chǎn)生明顯的影響，在3GPa高壓處理下，樣品的鐵磁性有明顯的增強。 在結構分析和磁性測量

4、的基礎上，并結合樣品的制備工藝，我們對過渡金屬離子摻雜的ZnO納米顆粒樣品中的磁行為進行了討論。由于X—ray沒有檢測到第二相的存在，我們認為觀察到的磁性是一種本征性質的體現(xiàn)，而不是源于第二相的引入而引起的。并且，基于雙交換理論對所制備樣品的磁行為及其磁性的起因進行了探討。 另外，研究了高溫高壓處理對鈷摻雜氧化鋅納米材料的壓敏特性的影響。實驗表明，高溫高壓處理能夠有效促進材料晶粒成長，降低壓敏電壓梯度，并促使添加劑在晶界處偏析，