收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

稀磁半导体氧化物的结构和磁性能研究

潘晓燕  
【摘要】: 由于具有室温铁磁性和在与电子自旋相关的微电子器件方面的潜在应用,稀磁半导体氧化物的研究引起了人们的极大兴趣。尽管的磁性起源和本质还存在很大争议,但是研究显示掺杂粒子在半导体晶格中的分布和局部环境对材料的磁结构有严重影响。当前大部分的研究集中于稀磁半导体薄膜,机械合金化技术制备稀磁半导体块体材料的研究才刚刚起步。因此,本论文以Degussa P-25 TiO_2、ZnO和α-Fe粉末为原料,采用机械合金化技术制备掺Fe的TiO_2和ZnO半导体粉末,并采用X射线衍射技术、穆氏堡尔谱和振动样品磁强计对Ti_(1-x)Fe_xO_2和Zn_(1-x)Fe_xO粉末的微结构和磁性能进行研究。 研究结果表明,球磨Ti_(0.9)Fe_(0.1)O_2粉末为锐钛矿相、金红石相、S相和α-Fe组成的混合粉末。在高能球磨过程中,Ti_(0.9)Fe_(0.1)O_2粉末中的锐钛矿相部分转变为金红石相和S相,部分α-Fe以Fe~(3+)和Fe~(2+)离子形式置换固溶于TiO_2晶格中。粉末的铁磁性主要是由未固溶的α-Fe引起的,随着球磨时间的延长,由于愈来愈多的α-Fe固溶于TiO_2晶格中,α-Fe的相对含量逐渐减少,Ti_(0.9)Fe_(0.1)O_2粉末的饱和磁化强度逐渐减小。但矫顽力和剩磁比在球磨初期显著增加,球磨10小时后矫顽力达到最大值,随着球磨时间继续延长,矫顽力又有所下降。剩磁比则随着球磨时间的延长而趋于饱和。粉末中残留的α-Fe的分布并不均匀,部分以较细小的呈无序或非晶结构的团簇形式富集于TiO_2的表面或界面上。 在机械合金化制备的Ti_(0.96)Fe_(0.04)O_2粉末中,α-Fe以Fe~(3+)、Fe~(2+)离子形式全部固溶于TiO_2的晶格中,Fe的固溶增加了TiO_2晶格中氧空位的浓度,从而促进了锐钛矿相向金红石相的转变,球磨后的Ti_(0.96)Fe_(0.04)O_2粉末为单一的金红石相。磁性能测量表明球磨Fe_(0.04)Ti_(0.96)O_2粉末具有铁磁性,室温下饱和磁化强度约0.15,μB/Fe、矫顽力为1500e,居里温度约650K。然而穆氏堡尔谱中并未观察到磁分裂六峰,可能与顺磁性自旋-结构弛豫有关。根据粉末饱和磁化强度和居里温度,并结合穆氏堡尔谱分析结果,球磨Ti_(0.96)Fe_(0.04)O_2粉末的室温铁磁性不是起源于粉末中可能残留的铁或铁的氧化物,而是起源于Ti_(0.96)Fe_(0.04)O_2粉末本身。 研究结果表明,当Fe含量x<0.0708时,α-Fe以Fe~(3+)和Fe~(2+)离子形式置换全部固溶于ZnO晶格中,Fe的固溶使纤锌矿相的晶格发生膨胀,纤锌矿相的晶格常数a、c及单胞体积V随着Fe含量的增高而逐渐增大。球磨Zn_(1-x)Fe_xO粉末是单一的纤锌矿相结构,粉末的饱和磁化强度随着Fe含量的增加而逐渐减小,居里温度约600K,因此粉末的铁磁性不可能起源于粉末中可能残留的铁或铁的氧化物,而是起源于Zn_(1-x)Fe_xO粉末本身。 当Fe含量达到0.0989时,球磨粉末则是由纤锌矿相和α-Fe组成的混合物,粉末的铁磁性主要由未固溶α-Fe引起。由于球磨Zn_(1-x)Fe_xO粉末含有部分未固溶α-Fe,其饱和磁化强度明显增加。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 欧阳楚英,利啸华,雷敏生;稀磁半导体Zn_(1-x)Co_xS光谱的理论解释[J];江西师范大学学报(自然科学版);2001年01期
2 曾永志,黄美纯;TM掺杂Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2黄铜矿半导体的电磁性质[J];物理学报;2005年04期
3 修向前,张荣,徐晓峰,俞慧强,陈丽星,施毅,郑有炓;溶胶-凝胶法制备ZnO基稀释磁性半导体薄膜[J];高技术通讯;2003年03期
4 郑文礼,李志文,韦志仁;采用水热法合成Mn_xZn_(1-x)O晶体[J];物理实验;2005年05期
5 危书义,王天兴,阎玉丽;III-V稀磁半导体研究进展[J];河南师范大学学报(自然科学版);2003年02期
6 范广涵;;磁调谐稀磁半导体(Cd,Mn)Te量子阱激光器[J];液晶与显示;1987年03期
7 霍国燕;陈秀英;王岩;霍国强;;稀磁半导体Zn_(1-x)Ni_xO的制备、结构和磁性[J];河北大学学报(自然科学版);2008年02期
8 王学忠,王荣明,陈辰嘉,马可军;稀磁半导体Cd_(1-x)Fe_xTe的巨法拉第效应[J];半导体学报;1995年11期
9 侯登录;稀磁半导体的制备与性质[J];物理实验;2005年08期
10 李海涛,李晓莅,陈唏,刘继周,陈辰嘉,王学忠,韩一龙,林春,凌震,王迅;Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体Cd_(1-x)Mn_xTe/Cd_(1-y)Mn_yTe超晶格的光调制反射谱的研究[J];光谱学与光谱分析;1998年02期
11 韦志仁;刘超;李军;葛世艳;张华伟;林琳;郑一博;窦军红;;水热法合成Zn_(1-x)Mn_xO稀磁半导体(英文)[J];人工晶体学报;2006年01期
12 张俊峰;袁宏宽;陈洪;;一类新型半金属铁磁半导体的第一性原理研究(英文)[J];西南大学学报(自然科学版);2008年07期
13 王学忠,王荣明,刘继周,陈辰嘉;稀磁半导体Zn_(1-x)Mn_xTe的巨法拉第旋转和激子能量[J];红外与毫米波学报;1995年03期
14 陈莹,施思齐;稀磁半导体CdS:CO~(2+)光学吸收谱的理论计算[J];零陵师范高等专科学校学报;2001年03期
15 危书义,闫玉丽,张莹;掺杂浓度对稀磁性半导体(Ga,Fe)As的晶格常数及磁性质的影响[J];河南师范大学学报(自然科学版);2004年03期
16 张晓梅;张跃;顾有松;齐俊杰;黄运华;刘娟;;Zn_(1-x)Mn_xO纳米线的奇异磁学行为[J];科学通报;2005年21期
17 闫文盛;孙治湖;刘庆华;钟文杰;潘志云;韦世强;;用XANES研究Ga_(1-x)Mn_xN稀磁半导体的Mn原子的局域结构[J];中国科学技术大学学报;2007年Z1期
18 欧阳楚英,龚宇;稀磁半导体中共价效应和电子云延伸效应的比较应用(英文)[J];江西师范大学学报(自然科学版);2002年04期
19 蔺何,段海明,张军;GaAs掺Mn材料的局域电子结构和磁性[J];新疆大学学报(自然科学版);2005年04期
20 李冬红;袁坚;杨朝晖;上官文峰;;水热法制备Ti_(1-x)Fe_xO_2稀磁半导体[J];人工晶体学报;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵德友;徐光亮;张磊;魏贤华;彭龙;刘桂香;;溶胶凝胶法制备Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的结构与性能研究[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年
2 周蓉;窦秀明;孙宝权;;时间分辨克尔旋光测量稀磁半导体(Ga,Mn)As的有效g因子[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
3 王刚;宋波;刘宇;彭同华;陈小龙;;Al掺杂SiC的磁性研究[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
4 蒋婧思;候延冰;唐爱伟;腾枫;;溶胶凝胶法制备Zn_(1-x)Fe_xO稀磁半导体[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
5 李钰梅;邢光建;王怡;武光明;;室温铁磁性Zn1-xCoxO薄膜的制备及磁性研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
6 程兴华;陈志涛;龚敏;于彤军;张国义;石瑞英;;稀磁半导体GaMnN材料的红外反射光谱研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
7 吴兆丰;吴雪梅;诸葛兰剑;;射频磁控溅射沉积Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜及其结构和磁性研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
8 潘峰;宋成;刘雪敬;;Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜及其相关性能[A];TFC'07全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2007年
9 李东;王耘波;于军;王宝义;魏龙;;稀磁半导体研究的最新进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
10 韦志仁;王伟伟;李哲;罗小平;胡志鹏;;水热法合成ZnO基稀磁半导体晶体[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈逸飞;氧化锌基稀磁半导体的第一性原理研究[D];天津大学;2012年
2 肖文志;非磁性元素掺杂氧化物基稀磁半导体的第一性原理研究[D];湖南大学;2011年
3 杭联茂;棒状ZnO基稀磁半导体的制备及性能研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年
4 周霖;铁离子注入磷化铟基稀磁半导体[D];武汉大学;2014年
5 江凤仙;3d过渡金属掺杂In_2O_3稀磁半导体材料的制备与研究[D];太原理工大学;2011年
6 樊帅伟;钙、钛和碳掺杂的稀磁半导体及双核锰分子磁体性质的研究[D];华中科技大学;2009年
7 顾浩;Co、Fe掺杂ZnO稀磁半导体结构与磁性能研究[D];浙江大学;2012年
8 陈伟;Zn_(1-x)TE_xO(TE=Mn,Co,Cu)稀磁半导体块材样品制备及磁性[D];华中科技大学;2005年
9 左亚路;化学方法制备的稀磁半导体的结构和磁性研究[D];兰州大学;2009年
10 周雪云;稀释磁性半导体研究[D];兰州大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王永强;过渡金属元素Co和Mn掺杂ZnO稀磁半导体块材样品的制备及磁性[D];华中科技大学;2005年
2 袁明霞;氧化锌纳米棒阵列的制备与掺杂及其特性研究[D];吉林大学;2009年
3 栾洪霞;氧化锌稀磁半导体制备与性能的研究[D];华东师范大学;2011年
4 孙放;稀磁半导体模型的量子蒙特卡洛研究[D];华东师范大学;2012年
5 刘超;ZnO基掺杂稀磁性的研究[D];河北大学;2006年
6 齐娜乔;溶胶凝胶法制备钴掺杂二氧化钛型稀磁半导体及其性能研究[D];浙江大学;2007年
7 蒋婧思;氧化锌掺铁稀磁半导体的制备和性质研究[D];北京交通大学;2008年
8 高洪;溶胶凝胶法制备In_2O_3基稀释磁性半导体及其性质的研究[D];武汉理工大学;2008年
9 李云龙;Ni、Cu掺杂ZnO基稀磁半导体块材样品的制备及磁性研究[D];华中科技大学;2007年
10 乔双;Mn掺杂Ge/Si基稀磁半导体薄膜的磁性研究[D];河北师范大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 郑家荣;磁性半导体研究获得进展[N];大众科技报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978