锌基和钼基稀磁半导体化合物的制备与表征

论文摘要

本文采用溶胶-凝胶法在ZnO半导体中引入过渡金属元素Co和Mo,对样品的结构及磁化行为进行初步研究；还对样品Mo1-xCoxO2的结构及磁化行为进行初步研究。研究内容如下：1.从实验上研究了Co掺杂ZnO系列样品的结构及其磁化行为。得出如下结论：（1）通过X射线图谱分析,在Zn1-xCoxO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品中,在800℃进行烧结的样品除主相ZnO外还有第二相CoO出现；（2）通过M-T曲线可以看到,烧结6小时和12.5小时的样品Zn0.95Coo.05O分别在150K,170K出现铁磁有序转变。（3）掺杂样品的制备烧结时间和掺杂浓度对样品磁化行为有显著的影响。强磁性仅存在短烧结时间和高掺杂浓度的样品中；（4）本文认为铁磁性可能起源于浅施主电子调制的Co2+-Co2+t2轨道上电子之间长程铁磁交换相互作用。2.从实验上研究了Mo掺杂ZnO系列样品的结构及其磁化行为。得出如下结论：（1）通过X射线图谱分析,在800℃烧结的Zn1-xMoxO样品,除主相ZnO外,还有Zn3Mo2O9第二相出现；（2）通过M-T曲线,可以看到样品大概在150K发生了顺磁到铁磁转变；（3）掺杂样品的制备烧结时间和掺杂浓度对样品磁化行为有显著影响,强磁性仅存在长烧结时间和掺杂浓度为0.1的样品中；（4）Mo4+掺杂相当于n型掺杂,本文认为,Zn1-xMoxO样品的铁磁性来源于以传导电子为媒介的Mo4+4d之间电子形成长程铁磁耦合。3.从实验上研究了Co和Mo共掺杂ZnO系列样品的结构及其磁化行为。得出如下结论：（1）通过X射线分析,在800℃烧结的Zn0.95-xMo0.1CoxO（x=0.05,0.1,0.15）样品,除主相ZnO外,还有CO2MO3O8第二相出现；（2）磁性测量表明,Co和Mo共掺杂ZnO降低了磁性和转变温度；（3）在本文认为,Co, Mo共掺杂样品的铁磁性来源于以传导电子为媒介,过渡金属局域电子间的耦合作用.4.从实验上研究了Co掺杂MoO2系列样品的结构及磁化行为。得出如下结论：（1）通过X射线分析,在700℃烧6小时的Mo0.83Co0.17O样品,除主相MoO2外,还有Mo6Co6C2第二相出现,此样品在600℃烧19小时,除主相MoO2外,还有Co2Mo3O8第二相出现；在600℃烧6小时的Mo0.77Co0.23O样品,除主相MoO2外,还有Mo6Co6C第二相出现,柠檬酸是Mo 0.25倍的Mo0.77Co0.23O样品,在600℃烧19小时,除主相MoO2外,还有Co2Mo3O8第二相出现；（2）磁性测量表明,掺杂样品的制备温度及掺杂浓度对样品的磁化行为有显著的影响；（3）本文认为,Mo1-xCoxO2样品铁磁性来源于以载流子为媒介Co2+之间的相互作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 稀磁半导体的概念和分类
• 1.1.1 稀磁半导体的概念
• 1.1.2 稀磁半导体的分类
• 1.2 稀磁半导体的研究概述和自旋电子学
• 1.2.1 稀磁半导体的研究概述
• 1.2.2 自旋电子学与稀磁半导体
• 1.3 稀磁半导体的结构及基本性质
• 1.3.1 稀磁半导体的晶体结构
• 1.3.2 稀磁半导体的能隙
• 1.4 稀磁半导体中的交换互作用
• 1.4.1 d-d交换作用和磁性
• 1.4.2 sp-d交换作用和磁性
• 1.5 稀磁半导体中的磁极化子
• 1.6 稀磁半导体中磁性的可能产生机理
• 1.6.1 双交换作用
• 1.6.2 RKKY相互作用
• 1.6.3 超交换作用
• 1.7 ZnO基稀磁半导体的文献综述
• 1.8 ZnO半导体的结构及基本性质
• 1.8.1 ZnO半导体的晶体结构
• 1.8.2 ZnO半导体的能隙
• 1.8.3 ZnO半导体的导电性质
• 1.9 ZnO基稀磁半导体的应用前景
• 1.10 本论文的选题依据和研究意义
• 1.10.1 选题依据
• 1.10.2 研究意义
• 1.11 本章小节
• 第2章 样品的合成与分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 溶胶-凝胶法制备样品
• 2.3 样品的表征
• 2.3.1 样品晶体结构的测定
• 2.3.2 样品磁性能的测量
• 1-xCo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的结构及磁性的研究'>第3章 Zn_1-xCo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的结构及磁性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 溶胶—凝胶法（sol-gel）制备样品的过程
• 3.3 样品的测量
• 1-xCo_xO体系的结构特征'>3.4 Zn_1-xCo_xO体系的结构特征
• 1-xCo_xO样品磁化与温度的关系'>3.5 不同烧结时间的Zn_1-xCo_xO样品磁化与温度的关系
• 1-xCo_xO样品磁化与温度的关系'>3.6 不同掺杂浓度的Zn_1-xCo_xO样品磁化与温度的关系
• 3.7 小结
• 1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品结构及磁性的研究'>第4章 Zn_1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品结构及磁性的研究
• 4.1 样品的制备
• 4.2 样品的测量
• 1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的晶体结构分析'>4.3 Zn_1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的晶体结构分析
• 1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品磁化行为的影响'>4.4 烧结时间对Zn_1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品磁化行为的影响
• 1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）磁化强度与温度的关系'>4.5 不同掺杂浓度下样品Zn_1-xMo_xO（x=0.05,0.1,0.15）磁化强度与温度的关系
• 4.6 本章小结
• 第5章 Co、Mo共掺杂ZnO体系结构及磁性的研究
• 5.1 引言
• 5.2 样品的制备
• 5.3 样品的测量
• 0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的晶体结构分析'>5.4 Zn_0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品的晶体结构分析
• 5.5 Zn0.95-xMo0.05CoxO（x=0.05,0.1,0.13,0.15）系列样品磁化强度与温度的关系
• 0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品磁化强度与温度的关系'>5.6 Zn_0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）系列样品磁化强度与温度的关系
• 5.7 不同Mo含量相同Co含量,Co、Mo共掺杂ZnO系列样品磁化强度与温度的关系
• 5.8 不同Mo含量相同Co含量,Co、Mo共掺杂ZnO系列样品磁化强度与外磁场的关系
• 0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）体系与Zn_1-xCo_xO磁化强度与温度的关系'>5.9 Zn_0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）体系与Zn_1-xCo_xO磁化强度与温度的关系
• 0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）体系与Zn_1-xCo_xO磁化强度与外磁场的关系'>5.10 Zn_0.9-xMo_0.1Co_xO（x=0.05,0.1,0.15）体系与Zn_1-xCo_xO磁化强度与外磁场的关系
• 5.11 本章小结
• 2系列样品结构与磁性的研究'>第6章 Co掺杂MoO₂系列样品结构与磁性的研究
• 1-xCo_xO₂体系的结构特征'>6.1 Mo_1-xCo_xO₂体系的结构特征
• 1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系'>6.2 不同烧结时间下样品Mo_1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系
• 1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系'>6.3 不同烧结温度下样品MO_1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系
• 1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系'>6.4 不同掺杂浓度下样品Mo_1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系
• 1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系'>6.5 不同掺杂柠檬酸量下样品Mo_1-xCo_xO₂的磁化与温度的关系
• 6.6 小结
• 第7章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 有待解决的问题
• 参考文献
• 附录
• 致谢