摻鐵TiO2稀磁半導體的結構和磁學特性.pdf

1、尋找一種材料既具有半導體性質,又具有鐵磁性質是一項長期而艱巨的任務,因為這兩種材料的晶格結構和化學鍵性質有很大的差別.鐵磁半導體是一種理想的材料,它既是半導體,又有較高的居里溫度.實驗上尋找高居里溫度的二氧化鈦基鐵磁半導體的研究,也有了一些進展.
　　在這篇論文中,為了尋找一種兼具鐵磁性和半導體性質的鐵磁性稀磁半導體材料,我們利用溶膠-凝膠法制備了二氧化鈦及摻雜鐵的二氧化鈦粉末樣品,其中摻雜鐵的濃度分別為0.01,0.02,0.0

2、3,0.04,0.05.通過X射線衍射儀,擴展X射線吸收精細結構譜和振動樣品磁強計,分別對二氧化鈦及摻鐵二氧化鈦粉末樣品的結構和磁學性質進行了分析和討論.
　　利用X射線衍射儀對樣品進行了結構分析,并利用Cohen法和Scherrer公式計算了樣品的晶格常數和粒徑.從X射線衍射圖譜中,觀察到在500℃煅燒溫度下出現(xiàn)純銳鈦礦相二氧化鈦.在800℃煅燒溫度,出現(xiàn)純金紅石相二氧化鈦.銳鈦礦相到金紅石相的相轉變溫度為500～800℃煅燒溫

3、度.隨著摻雜鐵濃度的增加二氧化鈦的衍射峰出現(xiàn)寬化現(xiàn)象,粒徑有減小的趨勢,摻雜后的二氧化鈦的晶粒的尺寸由13.4 nm減小到8.7 nm.這可能是由于鐵離子的摻雜延緩了二氧化鈦的生長速度.除摻雜3％鐵的二氧化鈦的晶格常數大于二氧化鈦的晶格常數以外,其它樣品的晶格常數都小于二氧化鈦的晶格常數.
　　為了知道摻雜鐵原子周圍原子的分布,分別對摻雜濃度為1%,3%,5%的樣品進行了Fe K-edge的EXAFS測量.結果顯示摻雜鐵1%和3%

4、樣品的EXAFS振蕩譜線和徑向分布函數非常相似,說明這兩種樣品中鐵原子周圍原子的種類和分布是基本上相同的.擬合結果顯示三種樣品中都沒有氧缺位,摻雜鐵1%和3%的樣品周圍原子都是氧原子,沒有鐵原子,說明鐵原子完全取代了鈦原子位置,但是摻雜鐵5%樣品中部分鐵原子之間形成了Fe–Fe結合.
　　我們選擇摻雜濃度為1%,3%,5%的樣品，利用振動樣品磁強計測量后分析了它們的磁學特性.測量結果顯示,樣品都呈現(xiàn)室溫順磁性,且順磁性磁化率分別為