Co摻雜的ZnO稀釋磁性半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf

1、稀釋磁性半導(dǎo)體材料是一種非常具有潛力的新型材料，因?yàn)樗谕徊牧现屑狭斯鈱W(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)。過渡金屬的摻雜隨機(jī)占據(jù)在品格中的某一替代位，將通過自由載流電荷的誘導(dǎo)相互耦合。從而使得該類材料表現(xiàn)出一系列特殊的效應(yīng)，對(duì)現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備應(yīng)用等非常有用。在眾多的稀磁半導(dǎo)體中，Co摻雜的ZnO材料可以作為一個(gè)典型的研究對(duì)象。這是由于不管是n型還是p型導(dǎo)電，理論及實(shí)驗(yàn)上均報(bào)道過其高于300K的居里溫度，此外Co離子摻雜進(jìn)入ZnO主品格占據(jù)陽離子位

2、可以達(dá)到很高的濃度。因而，本論文通過調(diào)查溶膠凝膠法獲得的Co摻雜的ZnO樣品的結(jié)構(gòu)和磁性，以期獲得稀磁半導(dǎo)體材料的磁性來源。
　　 對(duì)于各摻雜含量的樣品，X射線衍射結(jié)果均表明其結(jié)構(gòu)并未改變，仍然保持ZnO的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。且振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)試表明所有樣品均具有室溫鐵磁性。為了得到確切的原子分布來分析宏觀磁性，X射線吸收被用來分別探測(cè)Co原子及Zn原子的K邊。
　　 X射線吸收數(shù)據(jù)通過一些步驟的處理，如背底扣除、數(shù)據(jù)歸一化

3、、傅里葉變換及反向傅里葉變換，得到原子的局域結(jié)構(gòu)。Zn的近邊及擴(kuò)展邊分析都表明Zn原子周圍的化學(xué)環(huán)境并未隨著磁性離子的摻入而改變，其配位環(huán)境與ZnO中一致。因此，觀測(cè)到的室溫鐵磁性必定跟磁性離子Co的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。
　　 Co的K邊X射線吸收數(shù)據(jù)采用相同的步驟進(jìn)行分析，結(jié)果表明樣品中存在一定的雜相Co3O4。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，當(dāng)只考慮替代Zn離子位存在的Co離子時(shí)，擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差很多，這表明了樣品中還有以其它局域結(jié)構(gòu)

4、形式存在的Co離子。通過嘗試其他一系列可能存在的Co結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合，得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的Co結(jié)構(gòu)。在樣品中，一共存在四種局域結(jié)構(gòu)的Co離子，分別為：替代Zn位的Co離子，處于填隙位的Co離子，以F心模型存在的Co離子以及以雜質(zhì)Co3O4形式存在的Co離子。并且擬合結(jié)果給出了各摻雜樣品中各種Co離子結(jié)構(gòu)占總的Co含量的比例。
　　 根據(jù)實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果，并結(jié)合磁性分析，可以得到合理的磁性解釋：O空位形成的F心模型及處于填隙位的Co離