Mn摻雜SnO-,2-中鐵磁耦合機理研究.pdf

1、稀磁半導體由于在自旋電子學領域具有潛在的應用價值，受到人們廣泛地關注。而稀磁半導體中鐵磁性的來源一直是困擾人們的問題，其中晶體缺陷及載流子是影響稀磁半導體鐵磁性的兩個主要因素。本論文主要研究了載流子對Mn摻雜SnO2稀磁半導體鐵磁性的影響，主要工作概括如下： 利用固相反應法制備了Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05），Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04

2、）和Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶樣品。利用X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）和物理性質測試系統(tǒng)（PPMS）對樣品的結構、價態(tài)、電輸運性質和磁性質進行了系統(tǒng)的研究。 多晶Sn1-x-yMnxSbyO2系列樣品呈現(xiàn)出單一金紅石結構，沒有雜相生成，隨著Sb含量的增加，晶胞體積增大，鐵磁性減弱。對于x=0.03的樣品，居里溫度由未摻雜Sb（y=0）時的2

3、7 K減小到26.5 K（y=0.005），當摻雜量y≥0.02時，樣品表現(xiàn)出順磁性。而Sb的摻雜量為y=0.04時，由于樣品中Sb5+離子代替SnO2中Sn4+離子而產生大量電子，導致樣品導電性顯著增強。 為進一步研究空穴在鐵磁耦合中的作用，我們在Sn1-xMnxO2中共摻雜Cu元素。電輸運測量表明所有Sn1-x-zMnxCuzO2樣品在室溫均為絕緣體，而隨著Cu含量的增加樣品的鐵磁性呈現(xiàn)出增強趨勢：對于x=0.03系列樣品，

4、少量Cu摻雜（z=0.005）時居里溫度上升到30.5 K；隨著Cu含量進一步增加到2％時，居里溫度增加到40.0 K。 上述Sb和Cu摻雜Sn1-xMnxO2中的磁性可以用束縛磁極化子模型解釋：在Sn1-xMnxO2樣品中，Mn3+代替樣品中Sn4+離子產生局域化的空穴，周圍的Mn3+以局域化的空穴為中心形成束縛磁極化子，極化子間有效半徑發(fā)生交疊產生鐵磁相互作用。當體系中摻入Sb后，Sb5+代替Sn4+產生自由電子補償?shù)魳悠分?/p>