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文檔簡介
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(lǐng)域的熱點課題。該類新型磁性材料在磁光和自旋電子器件中具有巨大的潛在應(yīng)用前景。因而,在未來的幾年,這些材料仍將是吸引各研究小組們研究的重點課題。本論文所做的有關(guān)過度金屬離子摻雜TiO2的研究工作,正是在這種環(huán)境下應(yīng)運而生的。
本文用sol-gel法制備了過渡金屬離子摻
2、雜TiO2的納米顆粒。借助相關(guān)分析儀器,對樣品的結(jié)構(gòu)和磁性行為進行了比較詳細的分析。在此基礎(chǔ)上,對樣品磁性的起因進行了初步的探討。主要研究工作包括:
1. 在大量工藝探索的基礎(chǔ)上,用sol-gel法分別成功地制備了均勻性好的V摻TiO2和Ni摻雜TiO2的納米顆粒。借助于XRD衍射分析儀、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)分析了在不同摻雜濃度和不同燒結(jié)溫度下,Ti1-xVxO2體系(x=0~0.16)和Ti1-xNix
3、O2體系(x=0.01~0.08)的結(jié)構(gòu)特性的變化和顆粒尺寸的大小。對于Ti1-xVxO2體系,摻入量x≦0.1時,樣品是純的TiO2相結(jié)構(gòu);x=0.16時,發(fā)現(xiàn)了第二相V2O5的存在。顆粒尺寸在20~50nm左右。對于Ti1-xNixO2體系,在摻雜濃度范圍內(nèi)均沒有發(fā)現(xiàn)有第二相的存在。顆粒尺寸在20nm左右。
2. 借助于物性測試系統(tǒng)(PPMS)研究了Ti1-xVxO2體系(x=0~0.16)樣品隨摻雜濃度的增加磁化強度
4、M與所加磁場H的關(guān)系;研究了Ti0.96V0.04O2在不同燒結(jié)溫度下的M-H關(guān)系以及磁化強度M和溫度T之間的關(guān)系;發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增加,樣品的飽和磁化強度也相應(yīng)的增大;樣品內(nèi)部存在鐵磁和反鐵磁作用的競爭;比較研究了不同燒結(jié)氣氛下處理的Ti0.92V0.08O2樣品的磁化行為。在氬氣氛下高溫燒結(jié)更有利于樣品鐵磁有序的形成。
3. 借助于物性測試系統(tǒng)(PPMS)研究了Ti1-xNixO2體系(x=0.01~0.08)樣品隨
5、摻雜濃度的增加磁化強度M與所加磁場H的關(guān)系;研究了Ti0.99Ni0.01O2在不同燒結(jié)溫度下的M-H關(guān)系以及磁化強度M和溫度T之間的關(guān)系;比較研究了不同燒結(jié)氣氛下處理的Ti0.99Ni0.01O2樣品的磁化行為。發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增加,樣品的鐵磁有序行為逐漸減弱。在空氣中低溫燒結(jié)更有利于樣品內(nèi)部鐵磁有序的形成。
4. 在結(jié)構(gòu)分析和磁性測量的基礎(chǔ)上,并結(jié)合樣品的制備工藝,我們對過渡金屬離子摻雜的TiO2納米顆粒樣品中的磁行
6、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(zhì)的體現(xiàn),而不是源于第二相的引入而引起的。文獻上對稀磁半導體中的磁性起因有各種各樣的解釋,目前尚未達成共識。本文基于束縛磁極化子理論對所制備樣品的磁行為進行了討論。我們認為,摻入到樣品中的磁性離子與周圍的氧空位形成束縛磁極化子,近鄰束縛磁極化子之間會發(fā)生鐵磁耦合。樣品中的磁有序行為是由于樣品中的束縛磁極化子之間發(fā)生了鐵磁耦合的結(jié)果。而當隨著燒結(jié)溫度的變化
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