面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以(Ba,K)(Zn,Mn)_(2)As_(2)等为代表的新一代稀磁半导体,通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷,成功实现了230 K的居里温度,刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录.本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制.我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究,开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域,充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景.

过渡金属掺杂CeO_(2)基稀磁半导体铁磁性能的研究进展

近年来过渡金属掺杂稀磁半导体材料CeO_(2)被大量研究并且取得了许多重要成果。对其铁磁性及起源进行了简单阐述,重点对不同摩尔分数的过渡金属掺杂对CeO_(2)铁磁性的影响进行了介绍,系统介绍了未掺杂和掺杂过渡金属Mn、Fe、Co,以及不同制备方法和条件对CeO_(2)铁磁性能的影响。归纳总结CeO_(2)的铁磁性能,不仅为开发新型稀磁半导体材料提供科学指导,也进一步促进过渡金属掺杂在稀磁半导体材料中的应用。研究表明,合理的掺杂配比和制备工艺对提升CeO_(2)稀磁半导体材料的室温铁磁性有明显效果。最后对该领域的未来发展方向进行了展望。

反铁磁性交换作用对稀磁半导体(DMS)居里温度的影响

DMS的居里温度与空穴载流子浓度有着极大的关系。基于局域空穴模型,本文定量地分析了反铁磁性交换作用对DMS居里温度的影响。结果表明反铁磁性交换作用对居里温度的影响与磁性离子浓度ni和空穴浓度nc的比值有着密切关系.当ni/nc>10000 时,反铁磁性交换作用对居里温度的影响十分显著;当 ni/nc<10时,反铁磁性交换作用对居里温度的影响将会明显减弱,随着空穴浓度的增加,空穴对反铁磁性交换作用有强的抑制作用。

光场辐照下稀磁半导体/半导体超晶格中自旋电子输运特性研究

基于单电子有效质量近似理论和传递矩阵方法,理论研究了稀磁半导体/半导体超晶格结构中电子的自旋极化输运特性.主要讨论了光场和磁场联合调制对自旋极化输运的影响,以及不同自旋电子在该超晶格结构中的隧穿时间.理论和数值计算结果表明,由于导带电子与掺杂Mn离子之间的sp-d电子相互作用引起巨塞曼劈裂,因此在磁场调制下,不同自旋电子在该结构中感受到的势函数不同而呈现出自旋过滤效应,不同自旋电子的共振透射能带的位置和宽度可以通过磁场进行调制.同时在该结构中考虑光场时,自旋依赖的透射谱会因为吸收和发射光子而呈现出对光场的强度和频率响应;最后,通过不同自旋电子的高斯波包在该结构中随时间的演化给出了不同自旋电子的隧穿时间.本文研究结果对研究和设计基于稀磁半导体/半导体超晶格结构的高速量子器件具有一定的指导意义.

过渡金属掺杂CdO基稀磁半导体材料的研究进展

对近年来稀磁半导体材料的应用前景及过渡金属掺杂CdO材料的室温铁磁性研究进展进行了简单阐述。重点对不同过渡金属掺杂剂及其浓度对CdO磁性能的影响进行了介绍,并从近几年国内外研究中未掺杂、过渡金属掺杂、过渡金属共掺杂以及不同制备方法对CdO磁性能的影响及其磁性来源等方面进行了评述。概述了未掺杂和不同浓度Mn、Co单元素掺杂CdO材料对室温铁磁性的影响,并总结了近年来过渡金属掺杂CdO材料在稀磁半导体领域的研究进展。对比了不同过渡金属掺杂CdO基稀磁半导体材料的磁性能及磁性来源,并得出共掺杂工艺对提升CdO基稀磁半导体材料室温铁磁性有明显效果,最后对该领域的未来发展方向进行了展望。

Fe掺杂的GaN稀磁半导体磁性分析

阐述在稀磁半导体材料中,Fe离子浓度越高,稀磁半导体的晶体质量以及晶格取向所受到的影响就越严重。探讨Fe掺杂浓度的稀磁半导体材料,在任何温度下都能够展现出比较强的铁磁性。

水热法合成Zn_(1-x)Ni_xO稀磁半导体

本文采用水热法,在温度430℃,填充度35%,矿化剂为3mol/L KOH,前驱物为添加适量N iC l2.6H2O的Zn(OH)2,反应时间24h,合成了Zn1-xN ixO稀磁半导体晶体。当在Zn(OH)2中添加一定量的N iC l2.6H2O为前驱物,水热反应产物为掺杂N i的多种形态ZnO混合晶体,对其个体较大的晶体中进行电子探针测量表明,前驱物中的添加量和晶体中实际掺入量有很大的差异,只有少量的N i离子掺入ZnO,最大N i原子分数含量为0.62%。采用超导量子干涉磁强计测量材料的磁性,发现在室温以下,晶体的磁化强度不随温度升高而下降。在室温下,存在明显的磁饱和现象和磁滞回线,说明具有室温下的铁磁性。

ZnO基稀磁半导体磁性机理研究进展

稀磁半导体是指在非磁性化合物半导体中通过掺杂引入部分磁性离子所形成的一类新型功能材料.目前,稀磁半导体的磁性来源和机理一直是该领域的研究热点,掺杂的磁性离子通过怎样的交换方式实现铁磁性一直存有争议.本文对近几年来ZnO基稀磁半导体磁性机理研究进展作一综述,着重阐述了代表性的RRKY理论、平均场理论、双交换理论和磁极子理论,对实验和理论方面的热点和存在问题作一评价,对磁性理论的研究提出了新思路.

第一原理计算稀磁半导体(In_(1-x)Mn_x)As的晶格常数,磁性和电子结构

用紧束缚近似线性Muffin-tin轨道的方法计算了稀磁半导体(In1-xMnx)As(x=1/2,1/4和1/8)的晶格常数,磁性和电子结构.给出了Mn掺杂浓度的变化对(In1-xMnx)As的晶格常数,磁性和电子结构的影响.

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。

ZnO基稀磁半导体薄膜材料研究进展

稀磁半导体(DMSs)材料同时利用了电子的电荷和自旋属性,具有优异的磁、磁光、磁电等性能,在材料科学和未来自旋电子器件领域具有广阔的应用前景．本文对近几年来ZnO 基稀磁半导体薄膜材料研究进展作一综述,对研究热点和存在问题作一评价,提出解决的思路,最后对DMSs器件的潜在应用作简单介绍．

氧化物稀磁半导体的研究进展

稀磁半导体是一种能同时利用电子的电荷和自旋属性,并兼具铁磁性能和半导体性能的自旋电子学材料。本文主要介绍ZnO、In2O3等氧化物稀磁半导体的研究进展,一是从实验角度介绍其制备、结构、磁性、电输运性质等特性;二是从理论角度对其磁交换能、电子结构、居里温度和磁性产生的机制进行阐述;三是在稀磁半导体的基础上进一步延伸,介绍其相关的异质结构的磁电阻效应,并在文章的最后对氧化物稀磁半导体的研究进行总结和展望。

水热法合成Zn_(1-x)Mn_xO稀磁半导体(英文)

本文采用水热法在430℃，以3mol％·L^-1 KOH作矿化剂，填充度为35％，反应时间24h，合成了Zn1-xMnxO稀磁半导体晶体。所合成晶体具有ZnO纤锌矿结构，晶面显露正极面{0001}、负极面{0001}、菱面{1011}及负菱面{1011}晶体高度为5-30μm，径高比约为2：1。X荧光能谱（EDS）显示Mn原子百分浓度为2．6％（x=0.026）。晶体呈现低温铁磁性，居里温度50K。

稀磁半导体Zn_(1-x)Ni_xO的室温铁磁性

利用溶胶-凝胶方法制备不同成分的Zn1?xNixO(x=0.05,0.10,0.15)稀磁半导体材料,产物由直径约70 nm的六边形颗粒组成。利用振动样品磁强计测量了样品的磁学性能,发现在室温条件下存在明显的铁磁性,且随着镍浓度的增加,样品的饱和磁化强度增加,但样品的单个镍原子的磁矩是逐渐下降的。X射线衍射分析结果表明,样品中不存在镍及镍的氧化物,且晶格常数随镍含量的增加而略有增大,并利用M—T曲线测量Zn0.9Ni0.1O居里温度为575 K左右,表明其磁性来源于稀磁半导体。

稀磁半导体材料的研究进展及应用前景

综述了稀磁半导体的研究现状,从其分类、各自特点、物理性质和应用现状等各方面详细阐述了稀磁半导体的基本特点,并展望了今后稀磁半导体的研究重点与实用方向。

Co掺杂对Zn_(1-x)Co_xO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2+随机替代Zn2+位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2+替代Zn2+,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.

水热法合成Zn_(1-x)Co_xO室温稀磁半导体

本文采用水热法,在430℃,填充度为35%,3mol/L KOH作为矿化剂,反应时间为24h,合成了Zn1-xCoxO晶体。当在Zn(OH)2中添加一定量的CoC l2.6H2O为前驱物时,水热反应产物中,可以获得多晶体形态的掺杂Zn1-xCoxO晶体。电子探针测量表明,随着前驱物中CoC l2.6H2O添加量的增加,晶体中的Co实际掺入量也随着增加。采用超导量子干涉磁强仪测量材料的磁性,发现在室温以下,水热法合成的Zn1-xCoxO晶体的磁化强度随温度变化很小,在300K存在明显的磁饱和现象和磁滞回线,表明具有室温下铁磁性。

Ni掺杂ZnO基稀磁半导体的性质

采用溶胶-凝胶法制备了具有高温铁磁性的Ni掺杂ZnO DMS 粉末.研究表明,当掺杂浓度小于5%时,样品中没有第二相.微观结构和磁学性质研究认为,样品中存在的结构有:主要的铁磁性的(Zn,Ni)O,一些顺磁性的孤立Ni原子,以及可能存在微量的Ni团簇.而样品的宏观铁磁性主要来源于具有铁磁性的(Zn,Ni)O结构,居里温度约为650K.

不同掺杂量对水热合成Zn1-xNixO稀磁半导体粉体的影响

本文主要考虑不同掺杂量对水热合成Zn1-xNixO稀磁半导体粉体的影响。采用水热法,以3 mol/L NaOH作为矿化剂,在240℃下,保温24 h左右,进行Ni掺杂(x=0.05,0.1,0.2),合成Zn1-xNixO稀磁半导体晶体。XRD、FE-SEM测试表征晶体的物相组成和晶体形貌,XRD表明所制备的Zn0.95Ni0.05O稀磁半导体晶体发育比较完整。通过UV-vis测试进一步说明掺杂的效果。VSM测试表明,所制备的样品在室温下有良好的磁滞回线,表现出铁磁性。

稀磁半导体Cd_（1－x）Fe_xTe的巨法拉第效应

在７０－３００Ｋ温度范围内测量研究了组分ｘ为０．０１，０．００３和０．０６的稀磁半导体Ｃｄ１－ｘＦｅｘＴｅ的法拉第旋转与入射光子能量、温度和组分的关系．首次用多振子模型拟合实验结果，获得了布里渊区Γ点的激子能量Ｅθ和Ｌ点的能隙Ｅ１随组分ｘ的变化规律和Ｅ０的温度关系．讨论了Ｆｅ＋＋离子内部能级间跃迁对实验结果的影响．