胶体法制备Mn^(2+)掺杂Ⅱ-Ⅵ族稀磁性半导体纳米晶体材料的研究进展

近年来兴起的稀磁性半导体纳米晶体(DMSNC)是一种新型的半导体材料,由于其优异的光电磁性能得到了国内外研究人员的重视,并取得了快速发展,有望在多个领域得到应用。本文对以胶体法制备的Mn2+掺杂的ZnS、ZnSe、CdS、CdSe等为代表的Ⅱ-Ⅵ族DMSNC的主要研究进展和掺杂原理进行了综述,指出了现阶段所存在的问题,并对其未来发展进行了展望。

稀释磁性半导体Pb0.954Mn0.046Se纳米晶体的合成和XANES测试

采用高温溶剂合成法制备了稀释磁性半导体(DMS)Pb0.954Mn0.046Se纳米晶体(NCs).使用TEM和XANES测试手段对此DMS纳米晶体进行了表征.测试结果表明,纳米晶体尺寸分布较均匀,而且掺杂在PbSe中的Mn离子仍是+2价的,同时也证实了Mn离子的掺杂导致了DMSNCs的晶格发生了少许的改变.

自燃烧法合成的ZnO基稀磁半导体纳米颗粒研究进展

稀磁半导体制备方法与磁性起源的研究是当前凝聚态物理的一项热门课题。首先介绍了自燃烧合成法的原理和优点,然后以Co和Mn掺杂ZnO为重点,总结了国内外采用自燃烧法合成的ZnO基稀磁半导体纳米颗粒晶体结构、磁性能相关的研究进展,讨论了所得纳米颗粒磁性能的内在物理机制。通过对自燃烧法合成的更宽掺杂范围ZnO基稀磁半导体纳米颗粒的研究,使我们能够更加系统地了解过渡金属掺杂ZnO材料的结构与磁性能,并探讨所得实验现象的内在物理机制。

水热合成Zn_(1-x)Fe_xO纳米稀磁半导体材料

采用水热法,以NaOH为矿化剂,反应温度为200℃,在不同pH值的条件下合成了纳米Zn(1-x)FexO稀磁半导体材料。通过XRD测试表明当掺杂量x≤0.08时可制备出纯净的具有六方相结构的Zn(1-x)FexO粉体。SEM测试结果表明反应溶液的pH值和掺杂量对颗粒形貌和尺寸有很大的影响。VSM测试研究了室温下不同Fe3+掺杂量(x=0.03,0.05,0.08)对材料铁磁性的影响,结果表明随着掺杂量的增加饱和极化强度有明显提高,在室温下具有铁磁性。

ZnO基稀磁半导体的研究进展

现在的信息技术主要利用电子的电荷自由度去处理和传输信息,利用电子的自旋自由度去存储信息.而稀磁半导体同时利用了电子的电荷属性和自旋属性进行信息处理和存储,使其成为了一类新型的半导体.稀磁半导体具有很多特殊的性质,在高密度存储器、半导体集成电路、半导体激光器和量子计算机等领域将会有广阔的应用前景.本文主要介绍了近年来世界各国研究小组采用不同方法合成的ZnO基稀磁半导体,对其磁性进行了系统研究,分析了铁磁性产生的机理.

Fe离子价态和占位对Fe掺杂In_2O_3稀磁半导体铁磁性的影响

从实验和理论上研究了氧空位、Fe离子价态和占位对Fe掺杂In_2O_3稀磁半导体铁磁性的影响。研究发现In_2O_3中的Fe^(3+)离子倾向占据8b晶位,对室温铁磁性没有贡献;Fe^(2+)离子可通过氧空位来诱导,并倾向占据24d晶位;室温铁磁性归因于24d晶位Fe^(2+)离子的4s电子和3d电子的杂化。研究结果不仅清晰地给出了Fe掺杂In_2O_3稀磁半导体铁磁性来源的物理图像,而且提供了一种通过控制材料中氧空位含量和掺杂离子价态来调控磁性的方法。

稀磁Zn1-xNixO纳米棒的水热法制备与磁性能研究

采用水热法成功制备了不同浓度的Zn1-xNixO(x=0,0.01,0.05,0.10,0.20)稀磁半导体材料,并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线能量色散分析(XEDS)、拉曼(Raman)光谱和振动样品磁强计(VSM)对其晶体结构、形貌、组成元素和磁学性能等进行表征,实验结果表明,本方法所制备的不同掺杂浓度的Zn1-xNixO稀磁半导体样品具有结晶良好的纤锌矿结构,没有杂峰出现,样品中的Ni2+全部进入ZnO晶格中替代了部分Zn2+的格点位置,生成单一相的Zn1-xNixO,样品形貌都为纳米棒状结构,分散性良好。Zn1-xNixO样品在室温条件下存在明显的铁磁性,饱和磁化强度都随着Ni2+掺杂量的增加而呈现出先增加后减小的趋势,同时样品的单个镍原子的磁矩是逐渐下降的。

室温铁磁性Ni^(2+)掺杂TiO_2纳米带的制备与表征(英文)

通过水热离子交换方法,制得不同含量的过渡金属离子Ni2+掺杂的、锐钛矿型的TiO2纳米带.使用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS),傅立叶变换红外(FTIR)光谱和磁性测试等手段对样品进行了详尽的表征.结果表明,经过离子交换,Ni2+离子进入到了TiO2纳米带的晶格中,其中并没有形成金属Ni团簇或纳米颗粒.此外,磁性测试的结果表明,实验制备的Ni-TiO2样品具有室温铁磁性和磁滞回线特性,并且,由于TiO2纳米带中Ni2+离子有较好的分散性,在相同的外磁场条件下,样品的磁化强度随着掺杂Ni2+含量的增加而增大.

Fe掺杂量和退火氛围对TiO_2薄膜晶体结构和磁性能的影响

采用直流磁控溅射方法在玻璃基片上制备了不同Fe掺杂量的TiO2薄膜,并对薄膜分别在空气和真空氛围下500℃进行30min退火处理。研究了Fe掺杂量和退火氛围对TiO2薄膜的结晶状态、表面形貌和磁性能的影响。结果表明,真空中500℃下退火的Fe掺杂的TiO2薄膜表现为非晶态结构,没有观察到室温铁磁性能的出现,而空气中500℃退火的样品显示出良好的结晶状态,且所有掺杂的样品均显示出室温铁磁性,并且随着Fe掺杂量的增加,TiO2薄膜的晶体结构逐渐由锐钛矿相向金红石相转变。

不同浓度Co离子掺杂TiO_2纳米颗粒的室温铁磁性研究

通过溶胶凝胶法在空气氛围中550℃退火温度条件下制备了3.5mol%,4.5mol%,5.5mol%Co离子掺杂TiO_2纳米颗粒.XRD、TEM、VSM测试分别表明,随Co离子浓度的升高,样品晶面对应衍射角向高角度方向偏移,衍射峰增强,晶粒尺度增加.4.5mol%和5.5mol%Co离子掺杂对晶粒分散性有影响,晶粒易团簇.所制备的样品中3.5mol%掺杂的样品在室温下表现出铁磁性,在外加磁场为10000Oe时,样品的饱和磁化强度为0.001emu/g,而4.5mol%和5.5mol%掺杂样品在室温下表现为顺磁性.

形貌对Co掺杂ZnS纳米结构室温铁磁性的影响

采用溶剂热法通过改变溶剂种类,合成了具有不同形貌的Co:ZnS纳米结构。采用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和超导量子干涉仪对样品的形貌、结构、元素价态及磁学性能进行了研究,以揭示Co:ZnS纳米结构室温铁磁性的物理机制。结果表明:去离子水中制备的Co:ZnS为纳米颗粒的团聚体,包含立方ZnS和六方ZnS双相,而在乙二胺和水混合溶剂中制备的样品为六方ZnS相并呈纳米棒形貌;掺杂Co元素在样品中为2+价态,替代了ZnS晶格中Zn2+离子的位置;不同形貌的Co:ZnS均具有明显的室温铁磁性,然而纳米颗粒的饱和磁矩值明显高于纳米棒,Co:ZnS铁磁性随形貌的变化可归因为结构缺陷对磁性能的影响,符合束缚磁极化子理论。

Mn掺杂CuCrO_2纳米粉体的室温铁磁性（英文）

利用固相反应与球磨相结合的方法,制备了(Cu1-xMnx)Cr O2(0≤x≤6 at%)和Cu(Cr1-yMny)O2(0≤y≤6at%)两个系列的纳米粉体.结果表明,所有样品都具有3R-Cu Cr O2铜铁矿单相结构.晶格膨胀说明Mn离子已分别固溶到(Cu1-xMnx)Cr O2的Cu亚晶格中和Cu(Cr1-yMny)O2的Cr亚晶格中,这在X射线光电子能谱的分析中得到了进一步的证实.B位Mn掺杂样品具有室温铁磁性,磁性源于Cr3+-Mn3+离子对间以空穴为媒介的双交换相互作用.Cu MO2(M=Cr,Mn)铜铁矿纳米粉体的饱和磁化强度比文献值高出约一个数量级,并随着Mn含量的增大而逐渐减小,主要受到3个因素的共同影响:M-M离子对数目、M-M离子间距及空穴浓度.

锰掺杂ZnO稀磁半导体的制备及铁磁性能

用溶胶-凝胶法,在超声波辅助条件下制备了Mn掺杂ZnO(Zn1-xMnxO,x≤0.05)稀磁半导体(DMS)纳米晶粉末样品。用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、超导量子干涉(SQUID)测磁仪分别对样品形貌、结构和磁性能进行了表征。较低的掺杂浓度下样品很好地保持ZnO的纤锌矿结构,随着掺杂浓度x的增加,样品的晶格常数近似线性增大,没有观察到杂质相。样品Zn0.98Mn0.02O显示了很好的铁磁性,居里温度在350K以上。

CdO基稀磁半导体纳米薄膜的制备及性质

利用水热法和旋涂工艺制备Co2+掺杂CdO基稀磁半导体纳米薄膜,研究样品的微观结构及电磁性能等。结果表明:样品是具有岩盐矿结构的CdO晶体结构,薄膜中粒子的平均粒径约20nm,且随Co摩尔(下同)掺量的增加而减小。样品中Co离子为正二价,属替位掺杂;样品呈现出明显的室温铁磁性,饱和磁矩随Co2+掺量的增加先增大后减小,在Co2+掺量为4.33%时达到最大值。样品的电导率随Co2+掺量的增加先减小后微弱增大,在Co2+掺量约为6%时达到最小值。磁电阻效应测量结果表明:样品呈现出室温的正磁电阻效应,磁电阻随Co2+掺量的增加先增大后减小,在Co2+掺量约为7%时达到最大值。利用Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida(RKKY)机制、间接超交换机制和直接超交换机制等模型合理解释样品的铁磁性起源和磁电阻效应产生的物理机制。

室温铁磁性半导体MnxGa(1-x)Sb

采用离子注入、离子淀积及后期退火方法制各了稀磁半导体单晶MnxGa1-xSb,在室温下(300 K)获得了单晶的磁滞回线.用X射线衍射方法分析了铁磁性半导体单晶MnxGa1-xSb的结构,用电化学C-V法分析了单晶的载流子浓度分布.由X射线衍射得知,MnxGa1-xSb中Mn含量逐渐由近表面处的x=0.09下降到晶片内部的x=0.电化学C-V测得单晶的空穴浓度高达1×1021cm-3,表明MnxGa1-xSb单晶中大部分Mn原子占据Ga位,起受主作用.

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分 ,纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心 .文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展 ,包括四个方面 :半导体自组织生长量子点 ,纳米晶体 ,微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学 .本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续 ,同时又开辟了一些新的领域 ,如 :单电子的电子学、单光子的光子学 ,微腔和光子晶体 ,稀磁半导体和自旋电子的相干输运等 ,这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算。

纳米Zn_(1-x)Fe_xSe薄膜的制备和结构研究

采用双源热蒸发方法制备了纳米 Zn1-xFexSe稀释磁性半导体薄膜,根据 X 射线衍射谱和Raman散射谱研究了薄膜的晶体结构和声子谱特征。结果表明:Zn1-xFexSe薄膜中纳米晶粒的晶格常数随Fe含量增加而增大;通过 Raman 散射光谱观察到明显的声子限域效应,与 ZnSe体材料相比,Zn1-xFexSe薄膜同光学声子模对应的 Raman 散射峰表现出宽化和红移;纳米晶粒的晶格膨胀导致 Raman散射峰红移随Fe含量增多而相应加大。

溶胶凝胶合成锰掺杂ZnO的室温磁性行为

通过溶胶凝胶自燃法合成锰掺杂氧化锌纳米晶体，研究了Mn掺杂ZnO稀磁半导体（简称DMS）的性质．X射线衍射光谱表明，锰掺杂氧化锌保留纤锌矿型状氧化锌六角晶体结构．采用能量色散X射线能谱和扫描电子显微镜分别对成分和形态进行研究．温度依赖的电阻率显示了DMS的半导体材料行为．振动样品磁强计测定的室温磁性行为，揭示了锰掺杂氧化锌的铁磁性和反磁性特性．

无机纳米线

无机纳米线及其制备方法，所述无机纳米线具有基本上从无机纳米线上除去的有机支架，所述无机纳米线基本上由基本上不含有机支架的融合无机纳米粒组成。例如，可以通过采用标准生物学方法来修饰基质特异性，使用用于合成单晶ZnS、CdS和独立L10 CoPt和FePt纳米线的基于病毒的支架。

掺杂浓度对Co掺杂ZnO纳米棒的铁磁性的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法制备出3种掺杂浓度的Co掺杂ZnO纳米棒。使用EDX(en-ergy dispersive X-ray)能谱,测得3种ZnO纳米棒中Co元素的掺杂浓度分别为0.4、1.4和2.4%。X射线衍射(XRD)分析表明,三个样品均为ZnO的六方铅锌矿结构,并沿着c轴取向择优生长。磁化曲线显示,掺杂浓度为0.4%的Co掺杂ZnO纳米棒为顺磁性,随着掺杂浓度的增大,Co掺杂ZnO纳米棒转变为铁磁性。扩展X射线吸收精细结构谱表明,Co掺杂ZnO纳米棒的铁磁性源于ZnO纳米棒中的Co金属团簇。