非磁性材料的d~0铁磁性

论文摘要

d0铁磁性为近年来出现的一种新的磁现象。它突破了传统的磁性材料是由含部分填满的d和f电子的磁性原子或离子构成的材料,实现了非铁磁性物质（由非d和f磁性原子或离子构成的大块物质）的室温铁磁性。对于d0铁磁性材料的研究无论从物理上、材料上还是未来的技术应用上都将是一个极具挑战的基础性研究工作。为了很好的认识d0铁磁性,本论文主要做了两方面的工作：一是对d0铁磁性新材料的扩展；二是初步揭示了d0铁磁性材料的磁性起源,主要结果如下：1、制备了Cu掺杂ZnO纳米线阵列与Al掺杂ZnO纳米颗粒,研究了掺杂浓度和后期热处理对样品结构和磁性的影响。结果表明Cu2+和Al3+离子替代了Zn2+离子的位置掺杂到ZnO的晶格中,所有的掺杂样品都具有明显的室温铁磁性。改变离子的掺杂浓度和后期的热处理条件,可以对样品铁磁性的强弱进行调控。利用以氧缺陷为媒介的束缚磁极化子模型解释了掺杂ZnO纳米线阵列及纳米颗粒系统的磁性来源。2、分别利用沉淀加后期热处理的方法和水热法制备了纯的ZnO和ZnO2纳米颗粒并对其结构和磁特性进行了研究。结果表明ZnO和ZnO2纳米颗粒都表现出本征的室温铁磁性,且其磁性强弱与样品表面及界面的氧缺陷浓度有关。可以通过改变后期的热处理条件及水热反应的时间和温度对样品中的氧缺陷浓度进行调控,从而达到对样品铁磁性的可控。3、通过溶胶-凝胶法制备了具有本征室温铁磁性的CaO纳米颗粒。正电子湮灭结果及样品的后期真空-氧气热处理结果表明样品中存在大量的阳离子缺陷,同时样品的铁磁性随着阳离子缺陷浓度的增加而增强。利用第一原理计算对实验结果进行了进一步的验证。4、利用水热法以无水乙醇为溶剂合成了具有室温铁磁性的立方闪锌矿结构的ZnS纳米颗粒。通过改变水热反应温度和对样品后期热处理中氢气的比例来调节样品中的硫缺陷浓度,从而达到了对样品铁磁性的调节。同时研究了水热反应的溶剂对ZnS纳米颗粒结构和磁性的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 自旋电子学
• 1.2 稀磁半导体概述
• 1.2.1 稀磁半导体
• 1.2.2 稀磁半导体中的磁有序机制
• 0铁磁性'>1.3 d⁰铁磁性
• 0铁磁性的产生'>1.3.1 d⁰铁磁性的产生
• 0铁磁性的研究现状'>1.3.2 d⁰铁磁性的研究现状
• 1.4 纳米材料
• 1.5 本论文的研究动机和课题选取
• 参考文献
• 第二章 样品的制备和表征
• 2.1 模板-电化学沉积法
• 2.2 溶胶-凝胶法
• 2.3 沉淀法
• 2.4 水热法
• 2.5 材料的制备和表征
• 2.5.1 X射线衍射
• 2.5.2 扫描电子显微镜
• 2.5.3 高分辨透射电子显微镜和选区电子衍射
• 2.5.4 X射线光电子谱
• 2.5.5 磁性测量
• 2.5.6 电子顺磁共振
• 2.5.7 拉曼光谱
• 2.5.8 光致发光光谱
• 2.5.9 正电子湮灭
• 参考文献
• 第三章 非磁性元素掺杂ZnO纳米结构的室温铁磁性
• 3.1 引言
• 3.2 Cu掺杂ZnO纳米线阵列的室温铁磁性
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 Cu掺杂ZnO纳米线阵列的制备
• 3.2.3 Cu掺杂ZnO纳米线阵列的结构与形貌表征
• 3.2.4 Cu掺杂ZnO纳米线阵列的Raman及XPS表征
• 3.2.5 Cu掺杂ZnO纳米线阵列的磁特性及磁性起源
• 3.2.6 小结
• 3.3 Al掺杂ZnO纳米颗粒的室温铁磁性
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 Al掺杂ZnO纳米颗粒的制备
• 3.3.3 Al掺杂ZnO纳米颗粒的形貌与结构表征
• 3.3.4 Al掺杂ZnO纳米颗粒的Raman及XPS表征
• 3.3.5 Al掺杂ZnO纳米颗粒的磁特性及磁性起源
• 0.97Al_0.03O纳米颗粒的结构及磁性影响'>3.3.6 烧结温度对Zn_0.97Al_0.03O纳米颗粒的结构及磁性影响
• 0.97Al_0.03O纳米颗粒铁磁性的影响'>3.3.7 氢气气氛处理对Zn_0.97Al_0.03O纳米颗粒铁磁性的影响
• 3.3.8 小结
• 参考文献
• 2纳米颗粒的室温铁磁性'>第四章 ZnO及ZnO₂纳米颗粒的室温铁磁性
• 4.1 引言
• 4.2 ZnO纳米颗粒的室温铁磁性
• 4.2.1 ZnO纳米颗粒的制备
• 4.2.2 ZnO纳米颗粒的结构和形貌表征
• 4.2.3 ZnO纳米颗粒的Raman及XPS表征
• 4.2.4 ZnO纳米颗粒的磁特性及磁性起源
• 4.2.5 小结
• 2纳米颗粒的室温铁磁性'>4.3 ZnO₂纳米颗粒的室温铁磁性
• 2纳米颗粒的制备'>4.3.1 ZnO₂纳米颗粒的制备
• 2纳米颗粒的结构、形貌及XPS表征'>4.3.2 ZnO₂纳米颗粒的结构、形貌及XPS表征
• 2纳米颗粒的发光特性'>4.3.3 ZnO₂纳米颗粒的发光特性
• 2纳米颗粒的磁特性表征及磁性起源'>4.3.4 ZnO₂纳米颗粒的磁特性表征及磁性起源
• 2纳米颗粒铁磁性影响'>4.3.5 反应时间对ZnO₂纳米颗粒铁磁性影响
• 2纳米颗粒铁磁性影响'>4.3.6 反应温度对ZnO₂纳米颗粒铁磁性影响
• 4.3.7 小结
• 参考文献
• 第五章 CaO纳米颗粒的室温铁磁性
• 5.1 引言
• 5.2 CaO纳米颗粒的制备
• 5.3 CaO纳米颗粒的结构、形貌及XPS表征
• 5.4 CaO纳米颗粒的磁特性
• 5.5 正电子湮没寿命谱结果
• 5.6 CaO纳米颗粒的磁性起源
• 5.7 小结
• 参考文献
• 第六章 ZnS纳米颗粒的室温铁磁性
• 6.1 引言
• 6.2 ZnS纳米颗粒的制备
• 6.3 ZnS纳米颗粒的结构和形貌表征
• 6.4 ZnS纳米颗粒的磁特性
• 6.5 ZnS纳米颗粒铁磁性起源探索
• 6.6 氩气气氛热处理对ZnS纳米颗粒铁磁性的影响
• 6.7 氢气气氛热处理对ZnS纳米颗粒铁磁性的影响
• 6.8 不同溶剂对ZnS纳米颗粒结构和磁性的影响
• 6.8.1 引言
• 6.8.2 两种结构ZnS纳米颗粒的制备
• 6.8.3 两种结构ZnS纳米颗粒的形貌及XPS表征
• 6.8.4 两种结构ZnS纳米颗粒的磁特性表征
• 6.9 小结
• 参考文献
• 第七章 结论和展望
• 7.1 本论文的主要结论
• 7.2 对未来工作的展望
• 博士在读期间已发表和完成的论文
• 致谢