Co摻雜的ZnO稀釋磁性半導體的結構和磁性研究.pdf

1、稀釋磁性半導體材料是一種非常具有潛力的新型材料，因為它在同一材料中集合了光學、電學、磁學等性質。過渡金屬的摻雜隨機占據(jù)在品格中的某一替代位，將通過自由載流電荷的誘導相互耦合。從而使得該類材料表現(xiàn)出一系列特殊的效應，對現(xiàn)代化的機械設備應用等非常有用。在眾多的稀磁半導體中，Co摻雜的ZnO材料可以作為一個典型的研究對象。這是由于不管是n型還是p型導電，理論及實驗上均報道過其高于300K的居里溫度，此外Co離子摻雜進入ZnO主品格占據(jù)陽離子位

2、可以達到很高的濃度。因而，本論文通過調(diào)查溶膠凝膠法獲得的Co摻雜的ZnO樣品的結構和磁性，以期獲得稀磁半導體材料的磁性來源。
　　 對于各摻雜含量的樣品，X射線衍射結果均表明其結構并未改變，仍然保持ZnO的六角纖鋅礦結構。且振動樣品磁強計測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，得到原子的局域結構。Zn的近邊及擴展邊分析都表明Zn原子周圍的化學環(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，觀測到的室溫鐵磁性必定跟磁性離子Co的結構有密切關系。
　　 Co的K邊X射線吸收數(shù)據(jù)采用相同的步驟進行分析，結果表明樣品中存在一定的雜相Co3O4。對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，當只考慮替代Zn離子位存在的Co離子時，擬合結果與實驗數(shù)據(jù)相差很多，這表明了樣品中還有以其它局域結構

4、形式存在的Co離子。通過嘗試其他一系列可能存在的Co結構進行擬合，得到了與實驗結果相吻合的Co結構。在樣品中，一共存在四種局域結構的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Co3O4形式存在的Co離子。并且擬合結果給出了各摻雜樣品中各種Co離子結構占總的Co含量的比例。
　　 根據(jù)實驗擬合結果，并結合磁性分析，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