Mn摻雜ZnO納米晶的光學和磁學性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導體材料是自旋電子學領(lǐng)域一個重要分支，由于具有巨負磁阻效應、磁光效應等新穎特性而受到人們的廣泛關(guān)注。目前實現(xiàn)室溫鐵磁性是稀磁半導體研究中的重要課題，理論預測在Mn摻雜的ZnO中能夠?qū)崿F(xiàn)室溫以上的鐵磁性。此外，作為一種寬帶隙半導體材料，ZnO的激子束縛能高達60meV，具有優(yōu)良的光學性質(zhì)。因此，Mn摻雜的ZnO材料研究在磁性半導體領(lǐng)域廣泛開展起來。本論文針對目前ZnO基稀磁半導體材料中的光學性質(zhì)變化和磁性來源問題，利用溶膠-凝膠方法

2、制備了Mn摻雜的ZnO基稀磁半導體材料，并對其光學和磁學性質(zhì)進行了系統(tǒng)的研究。研究表明，摻雜后材料的光學質(zhì)量有所提高，并具有室溫以上鐵磁性。具體工作如下： 1.采用無水乙醇為溶劑合成了平均粒徑為27nm的Mn摻雜的ZnO納米薄膜，討論了摻雜濃度和退火溫度對樣品的結(jié)構(gòu)、光學和磁學性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著Mn化學劑量的增加，樣品的晶格常數(shù)增大，這表明Mn已經(jīng)進入了ZnO晶格。適量的Mn摻雜可以鈍化樣品的可見區(qū)發(fā)射，提高樣品的紫外發(fā)光

3、效率。磁性研究表明，較低溫度退火樣品在4K-300K范圍內(nèi)表現(xiàn)為順磁性，而高溫退火的樣品由于出現(xiàn)雜相ZnMn2O4表現(xiàn)為室溫鐵磁性。 2.采用一縮二乙二醇為溶劑制備了直徑在2.2-2.8nm的Mn摻雜的ZnO納米粒子，并研究了其光學、磁學特性。與ZnO相比，摻雜后的樣品室溫下紫外發(fā)光相對增強，可見發(fā)光幾乎完全消失，這表明摻雜后的樣品具有良好的光學性質(zhì)。同時，通過M-T曲線和M-H曲線，發(fā)現(xiàn)樣品具有高于室溫的居里溫度。分析認為樣品

4、的室溫磁性來自于Mn摻雜的ZnO而不是雜質(zhì)。 3.制備了高質(zhì)量的具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的納米Zn1-xMgxO薄膜。隨Mg含量的增加，晶體的禁帶寬度逐漸變大，光學質(zhì)量提高。為了在提高樣品的光學質(zhì)量的同時獲得磁性，制備了Mg、Mn共同摻雜的ZnO納米薄膜。樣品的光學性質(zhì)與單純Mn摻雜的ZnO納米晶薄膜相比有所提高，但不利于形成均勻的替代式摻雜的ZnO，出現(xiàn)了尖晶石結(jié)構(gòu)的Mn3O4和MgMn2O4。分析認為樣品的磁性來源于MgMn2O4