摻雜二氧化鉻的半金屬性和磁性能研究.pdf

1、近年來，CrO2由于其在自旋電子器件中廣泛的應(yīng)用前景和特殊的性質(zhì)而備受關(guān)注。但CrO2是熱力學(xué)亞穩(wěn)相，若想將其成功應(yīng)用到器件中仍有很多難題需要攻克。本論文主要通過理論計算和實驗相結(jié)合的方法來探究摻雜對于CrO2各項性能的影響，以便于其能夠更好地應(yīng)用到器件中。論文主要內(nèi)容如下:
　　1、根據(jù)第一性原理計算了Ti、Sn、Ru三種元素?fù)诫sCrO2的電子結(jié)構(gòu)和各向異性能。發(fā)現(xiàn)Ti和Ru元素高濃度摻雜CrO2是可能實現(xiàn)的，但對于Sn摻雜而言

2、，其摻雜濃度就要低很多。將Ti和Sn摻雜進入CrO2其仍然保持良好的半金屬性，當(dāng)Ru摻雜時CrO2的半金屬性隨著Ru摻雜的濃度和位置不同破壞情況也不同。對于Ti和Sn摻雜CrO2，它的磁晶各向異性能隨著摻雜濃度增加而緩慢降低，但一直沿著[001]方向。然而對于Ru摻雜CrO2，它的磁晶各向異性能和易軸方向，和Ru的摻雜濃度及摻雜位置都有很大關(guān)聯(lián)。
　　2、研究在不同襯底上生長的CrO2薄膜。薄膜中的應(yīng)力由襯底決定。發(fā)現(xiàn)CrO2薄膜

3、在TiO2(110)襯底上屬于無應(yīng)力生長;在TiO2(110)/SnO2襯底上生長會出現(xiàn)面外方向拉伸現(xiàn)象;在TiO2(100)/SnO2襯底上生長則面內(nèi)方向拉伸，而面外方向被壓縮。在進行磁性分析時，發(fā)現(xiàn)不同襯底上生長(110)晶面CrO2薄膜面內(nèi)易軸方向的矯頑力都是隨著薄膜厚度的減小而增大;而面內(nèi)各項異性能卻隨著薄膜厚度的減小而減小。薄膜的磁性能如此依賴取向和襯底的原因可歸結(jié)于薄膜中應(yīng)力的變化。
　　3、在TiO2(110)襯底上

4、制備了Sn摻雜CrO2薄膜。發(fā)現(xiàn)Sn元素?fù)饺隒rO2薄膜，會改變其晶格常數(shù)，并且晶格常數(shù)改變的大小不僅和摻雜濃度有關(guān)，還與薄膜的厚度相關(guān)。對于磁性能，Sn離子的摻入增加了疇壁的定扎中心從而使得易軸方向的矯頑力增大;而非磁性Sn4+替換磁性Cr4+降低了CrO2薄膜的飽和磁場。對難軸翻轉(zhuǎn)場的分析發(fā)現(xiàn)，摻雜會導(dǎo)致難軸翻轉(zhuǎn)場減小，表明摻雜降低了薄膜的磁各向異性。隨著Sn濃度的增加，摻雜薄膜的矯頑力也在增大。并且Sn摻雜濃度越高，薄膜的各向異性