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本文利用溶胶.凝胶法对MgxZn1-xO进行了磁性掺杂,其中,Mg和Mn的掺杂浓度都是3%。并且分别用X-射线衍射仪、拉曼光谱仪、超导量子干涉磁强计和光致发光光谱仪对样品进行了表征,致力于研究Mn2+掺杂对MgxZn1-xO光学和磁学性质的影响。
通过对XRD图谱分析,所有样品都呈现出六角纤锌矿结构。对于未还原的样品,除了出现了ZnO的衍射峰外,还在2θ=29.95°和2θ=43.17°的位置发现了两个衍射峰,经过比对得出前者属于ZnMn2O4的衍射峰,后者来源于MgO。还原之后的样品依然表现为纤锌矿结构,但是却没有出现ZnMn2O4、MgO的衍射峰。我们认为这和还原时引入的O空位(Vo)有关。经过计算,发现掺杂之后样品的晶格常数变大,说明Mn2+替代了Zn2+进入了晶格中。
Mn掺杂通常会引入缺陷态,而XRD无法对缺陷进行表征,因此我们做了Raman测试。在Raman光谱中,未还原的样品在680 cm-1出现了ZnMn2O4的Raman峰,经过还原处理之后这个峰就消失了,这和XRD的结果一致,说明Mn2+进入了晶格中。另外,在526 cm-1处出现了一个较强的Raman峰,这是由于ZnO本体中的氧空位、锌间隙等缺陷引起的,还原后这个拉曼峰增强,说明经过还原处理确实使样品中的氧空位增多。
在吸收光谱中,除了ZnO的吸收边外,在带尾处(410 nm)出现了一个明显的吸收峰,还原之后明显增强,这和其他文献报道的相一致。文献认为这是由于Mn离子掺杂引入的杂质能级引起的,进一步说明Mn离子进入晶格中,这与XRD的结果相一致。
在PL光谱中,观察到了紫外和可见发光。通常情况下,紫外光和可见光强度之比可以反映样品的结晶性。通过计算,还原样品的比值远小于未还原的样品,说明还原后样品的结晶性变弱,这与Raman谱是一致的。
通过磁性测量发现,未还原的样品并没有出现室温铁磁性,而还原之后的样品则出现了比较微弱的室温铁磁性。我们认为这是由于O空位引入而形成了Mn2+-Vo-Mn2+超交换作用而引起的。