论文部分内容阅读
在半导体中引入磁性金属元素而形成的稀磁半导体材料因其能将自旋和电荷两个自由度集于一身,已经成为最近几年来凝聚态物理和材料科学领域中最前沿的研究对象。最近的理论研究指出,用特定的磁性元素对ZnO 进行n 型掺杂有可能获得室温铁磁性,因此,作为一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,ZnO 已经引起了广泛的关注。本文采用标准的固相反应法在ZnO 半导体中引入磁性过渡金属元素Co 和Mn,对样品的磁化行为进行了初步研究,试图揭示出稀磁半导体中铁磁性的起因。主要研究内容如下: 第一章介绍了稀磁半导体的研究概况和应用前景,简要概述了稀磁半导体ZnO 半导体的晶体结构、能隙等基本性质,最后提出了本文的立论依据,指出了本文的研究意义。第二章简要介绍了样品的制备工艺和探索过程,以及稀磁半导体中可能存在的磁相互作用。第三章从实验上研究了Co 掺杂ZnO 系列样品的结构及其磁化行为,基于实验结果,讨论了样品磁性的起因,并对样品中的磁相互作用的机制进行了初步探讨。得出如下结论:（1）采用标准的固相反应法制备的Zn1-xCoxO 样品为单相; （2）低温（TS<600℃）制备的Zn0.9Co0.1O 样品在低温区呈现铁磁有序行为,磁转变温度TC大约为40K; （3）掺杂样品的制备温度TS以及掺杂浓度x 对样品磁化行为有显著的影响,铁磁有序仅存在于低温制备的低掺杂浓度的Zn1-xCoxO 样品中; （4）Zn1-xCoxO 掺杂样品中的铁磁性来源于在样品的顺磁性背景上生长出来的铁磁性集团之间的铁磁性耦合,是样品的本征行为; （5）运用磁渗流理论对Zn1-xCoxO 样品的磁化行为在定性上给出了合理的解释。第四章在上一章的研究基础上,在Zn1-xCoxO 体系中引入额外的Mn,对Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO 样品的磁性质进行了深入研究。主要结论如下:（1）掺杂浓度低于15%的样品是单相的纤维矿结构,掺杂浓度为30%的样品的主相同样是纤维矿结构,但随着TS的变化,样品中出现不同的反铁磁性第二相; （2）低温（TS<700℃）制备的Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO 样品在低温下呈现铁磁有序,磁转变温度大约为45K,在高于700℃的温度下制备的样品均显示顺磁性; （3）Zn1-x(Mn1/2Co1/2)xO 样品的磁化强度很难达到