论文题目: Zn1-xTExO（TE=Mn，Co，Cu）稀磁半导体块材样品制备及磁性
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 陈伟
导师: 袁松柳
关键词: 稀磁半导体,过渡金属元素,磁化强度,双交换机制
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,在稀磁半导体中,因表现出独特的磁有序现象备受人们关注,这一方面是因为对所表现出的独特磁性的理解涉及到很多的基础性物理问题,另一方面是这些独特的磁性蕴涵巨大的潜在应用前景。本文用固相反应法制备了过渡金属掺杂ZnO 的块材样品,在大量工艺探索的基础上,结合样品的结构分析和磁性行为,对样品磁性的起因进行了初步的探讨。具体研究内容及结论如下: 概述了稀磁半导体的研究进展,重点介绍了ZnO 基稀磁半导体的晶体结构、磁有关的效应以及稀磁半导体中磁性起因的认识等。迄今,文献上很多的研究集中在过渡磁性金属掺杂的稀磁半导体薄膜材料方面,对其块材研究涉及很少。在大量文献调研的基础上,我们提出以过渡磁性金属掺杂的稀磁半导体块材样品制备及其磁性研究作为本论文的选题和主要研究内容。首先对Mn 掺杂ZnO 的块材样品的制备工艺进行了大量探索,结合结构分析和磁测量,我们摸索出适于获得具有室温铁磁性的Mn 掺杂ZnO 块材样品的制备工艺。我们的研究结果表明,烧结气氛和烧结温度是两个至关重要的因素。对名义组分为Zn1-xMnxO 的样品,只有在氩气中处理才可表现出室温铁磁性,而空气中处理的样品室温下没有铁磁性。对氩气中处理的样品,通过比较样品的烧结温度和掺杂浓度,我们发现,烧结温度和掺杂浓度较低时,室温下具有铁磁性,而烧结温度和掺杂浓度较高时,室温铁磁性消失。磁测量也表明,所有样品的饱和磁化值均远远低于其理论值,这可能是样品中存在铁磁和反铁磁作用的竞争所引起的。在Mn 掺杂ZnO 研究的基础上,我们进而对Co 掺杂ZnO 的块材样品的制备工艺进行了探讨,并对所制备的样品进行了结构分析和磁性的实验研究。结果表明,室温铁磁性只有在低温烧结和低掺杂浓度情况下才能实现。相对于Mn 掺杂ZnO 块材样品,在相同掺杂浓度情况下,Zn1-xCoxO 的磁化强度要小,我们认为这是由于Mn 的未成对电子比Co 多的原因。Co 掺杂样品虽然在磁性上要弱于Mn 杂样品,但结构分析表明,Co 在ZnO 中的溶解度要高于Mn。在上述研究的基础上,我们进而探讨了两种不同过渡金属共掺杂的ZnO 块材样
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 稀磁半导体—自旋和电荷的桥梁
1.2 稀磁半导体的概念和分类
1.3 稀磁半导体的基本性质
1.4 稀磁半导体中的交换互作用
1.5 稀磁半导体中的磁性起源
1.6 稀磁半导体中的磁极化子
1.7 稀磁半导体的光学和磁光性质
1.8 稀磁半导体的输运性质
1.9 ZNO 半导体的结构及基本性质
1.10 ZNO 基磁性半导体的研究进展
1.11 稀磁半导体的应用前景
1.12 本论文的选题依据和研究意义
1.13 本章小节
2 材料的制备介绍
2.1 稀磁半导体的制备简介
2.2 稀磁半导体材料的制备工艺探索
2.3 本章小结
3 MN 掺杂ZNO 体系的研究
3.1 ZN1-XMN_XO 掺杂样品的结构特征
3.2 烧结气氛对ZN_(1-X)MN_XO(X=0.02)样品的磁化行为的影响
3.3 烧结温度TS 对ZN_(1-X)MN_XO(X=0.02)样品的磁化行为的影响
3.4 掺杂浓度对ZN_(1-X)MN_XO 样品的磁化行为的影响
3.5 ZN_(1-X)MN_XO 样品的饱和磁化强度MS
3.6 ZN_(1-X)MN_XO 体系中铁磁性的起源
3.7 对ZN_(1-X)MN_XO 体系中磁性行为的定性解释
3.8 本章小结
4 MN、CU 共掺杂ZNO 体系的研究
4.1 ZN_(0.98-X)MN_(0.02)CU_XO 掺杂样品的结构特征
4.2 TS 对ZN_(0.98-X)MN_(0.02)CU_XO 样品的磁化行为的影响
4.3 掺杂浓度对ZN_(0.98-X)MN_(0.02)CU_XO 样品的磁化行为的影响
4.4 对ZN_(0.98-X)MN_(0.02)CU_XO 样品的磁性行为的定性解释
4.5 本章小结
5 CO 掺杂ZNO 体系的研究
5.1 ZN_(1-X)COXO 样品的X-RAY 衍射结果
5.2 烧结温度对ZN_(1-X)CO_XO 样品磁化行为的影响
5.3 掺杂浓度对ZN_(1-X)CO_XO 样品磁化行为的影响
5.4 ZN_(1-X)CO_XO 样品中的反铁磁性作用
5.5 ZN_(1-X)CO_XO 体系磁性的起源
5.6 对ZN_(1-X)CO_XO 样品的磁性行为的定性解释
5.7 ZN_(1-X)MN_XO 体系与ZN_(1-X)CO_XO 体系的磁性质比较
5.8 本章小结
6 MN、CO 共掺杂ZNO 体系的研究
6.1 ZN_(1-X)(MN1/2CO_(1/2))_XO 掺杂样品的结构特征
6.2 TS 对ZN_(1-X)(MN1/2CO_(1/2))_XO 样品的磁化行为的影响
6.3 掺杂浓度对ZN_(1-X)(MN1/2CO_(1/2))_XO 样品的磁化行为的影响
6.4 ZN_(1-X)(MN_(1/2)CO_(1/2))_XO 样品的M-H 行为与外场的关系
6.5 ZN_(1-X)(MN_(1/2)CO_(1/2))_XO 掺杂样品的磁化率与温度的关系
6.6 对ZN_(1-X)(MN_(1/2)CO_(1/2))_XO 体系中磁性行为的定性解释
6.7 ZN1-X(MN_(1/2)CO_(1/2))_XO 体系与ZN_(1-X)CO_XO 体系的磁性质比较
6.8 本章小结
7 结论
7.1 本论文的主要结果
7.2 有待研究的问题
致谢
参考文献
附录1 博士期间发表文章清单
发布时间: 2006-04-05
参考文献
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