N掺杂SiO2纳米薄膜的制备及其磁性

利用射频磁控反应溅射技术,制备了氮掺杂的SiO₂纳米薄膜.发现N掺杂SiO₂体系纳米薄膜具有铁磁性.较小的氮化硅颗粒均匀分布在氧化硅基质中有利于磁有序的形成.基底温度为400℃时,样品薄膜具有最大的饱和磁化强度和矫顽力,分别为35 emu/cm³和75 Oe.薄膜的磁性可能产生于氮化硅和氧化硅的界面.理论计算表明,N掺杂SiO₂体系具有净自旋.同时,由氮化硅和氧化硅界面之间的电荷转移导致的轨道磁矩也会对样品的磁性有贡献 关键词： 2薄膜')" href="#">N掺杂SiO₂薄膜 射频磁控反应溅射 界面磁性 基底温度     

Co和Cr掺杂对层状钙钛矿锰氧化物La1.2Sr1.8Mn2O7磁性的影响

研究了层状钙钛矿锰氧化物La_1.2Sr_1.8Mn₂O₇中Mn被Co和Cr替代对磁性能的影响.Co替代Mn后,长程铁磁序被破坏,铁磁性减弱,出现团簇玻璃态和自旋玻璃态,表明Co离子和Mn离子之间不存在双交换作用.而Mn被Cr替代后长程铁磁序仍然保持,证实Cr³⁺和Mn³⁺之间存在铁磁性交换作用. 关键词：     

结构相变对Fe掺杂TiO2薄膜室温铁磁性的影响

采用直流磁控溅射方法在玻璃基底上制备了不同Fe掺杂浓度的TiO₂薄膜, 并对其晶体结构和磁特性进行了研究.在所有掺杂样品中,均观察到了室温铁磁性, 磁性源于Fe离子与其近邻空间分布的空穴相互作用. 在掺杂量为7%的锐钛矿相薄膜中观察到了最大的磁化强度. 随着Fe掺杂浓度的进一步增加, TiO₂的晶体结构逐渐由锐钛矿相向金红石相转变,并且磁性减弱. 不同结构的TiO₂中Ti–O键长不同,导致替代的磁性Fe离子与空穴的作用强度发生改变, 进而使其磁性发生变化. 关键词： 稀磁半导体 结构相变 铁磁性     

Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究

使用对Zn₂N₃:Mn薄膜热氧化的方法成功制备了高含N量的Mn和N共掺ZnO的稀磁半导体薄膜.在没有N离子共掺的情况下,ZnO:Mn薄膜的铁磁性非常微弱;如果进行N离子的共掺杂,就会发现ZnO:Mn薄膜在室温下表现出非常明显的铁磁性,饱和离子磁矩为0.23 μ_B—0.61 μ_B.这说明N的共掺激发了ZnO:Mn薄膜中的室温铁磁性,也就是受主的共掺引起的空穴有利于ZnO中二价Mn离子的铁磁性耦合,这和最近的相关理论研究符合很好. 关键词： 磁性半导体 受主掺杂 空穴媒介的铁磁性     

Si-Al2O3复合薄膜的室温铁磁性

在Si-Al₂O₃复合薄膜中观察到室温铁磁性.Si的体积百分比为15 %的Si-Al₂O₃复合薄膜的磁性最强.Si的含量影响样品的磁有序,在样品中观察到了明显的磁畴.在不同气氛下,对样品进行快速热退火.退火样品的磁性测试结果的差别表明氧空位不是样品铁磁性的主要来源.我们认为铁磁性来源于Si与Al₂O₃基质界面之间的缺陷的磁耦合.改变Si的含量可以改变缺陷密度,从而控制铁磁耦合强度. 关键词： 2O₃薄膜')" href="#">Al₂O₃薄膜 室温铁磁性 掺杂 交换相互作用     

V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究

基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论分别研究了过渡金属V, Cr, Mn掺杂单层MoS₂的电子结构、 磁性和稳定性. 结果表明: V和Mn单掺杂均能产生一定的磁矩, 而磁矩主要集中在掺杂的过渡金属原子上, Cr单掺杂时体系不显示磁性. 进一步讨论双原子掺杂MoS₂ 体系中掺杂原子之间的磁耦合作用发现, Mn掺杂的体系在室温下显示出稳定的铁磁性, 而V掺杂则表现出非自旋极化基态. 形成能的计算表明Mn掺杂的MoS₂体系相对V和Cr 掺杂结构更稳定. 由于Mn掺杂的MoS₂ 不仅在室温下可以获得比较好的铁磁性而且其稳定性很高, 有望在自旋电子器件方面发挥重要的作用. 关键词： 2')" href="#">单层MoS₂ 掺杂 铁磁态 第一性原理     

Al掺杂ZnO薄膜的厚度对其结构及磁学性能的影响

采用直流磁控共溅的方法在玻璃基底上制备了不同厚度的Al掺杂ZnO薄膜,并在真空和空气中分别退火.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)对系列薄膜的结构和磁性进行了表征.XRD结果显示:随着膜厚的增加,晶粒尺寸逐渐增大,薄膜的内应力逐渐减小.在空气退火的薄膜样品中观察到了室温的铁磁性,薄膜的饱和磁化强度M_s 随着膜厚的增加而增大,而矫顽力H_c却随着膜厚的增加而减小. 关键词： Al掺杂ZnO薄膜 薄膜厚度 应力 铁磁性     

La$lt;sub$gt;0.4$lt;/sub$gt;Ca$lt;sub$gt;0.6$lt;/sub$gt;MnO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;中Mn-位Fe和Cr掺杂对磁性质的影响

研究了Fe和Cr掺杂对La_0.4Ca_0.6MnO₃ 中电荷有序反铁磁基态的调控作用. 磁性质的测量结果表明, 两种离子掺杂均能有效抑制原型样品中的长程电荷有序相, 但是Fe离子掺杂样品均具有反铁磁的基态, 而Cr掺杂样品中则出现了显著的铁磁性. 结合电输运测量结果显示, Cr掺杂引起的铁磁态同时具有金属性, 表明其中是电子双交换作用占主导. 对比两种掺杂离子的电子结构发现, Cr离子空的e_g电子轨道促进了电子双交换作用, 而Fe掺杂则只是引入了不同的自旋交换作用, 导致自旋无序. 关键词： 磁性氧化物 反铁磁     

Co掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Co原子单掺杂和双掺杂(ZnO)₁₂团簇的结构和磁性质.考虑三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.首先比较各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂的(ZnO)₁₂团簇进行磁性计算.发现团簇磁矩主要来自Co-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和O原子也产生少量自旋.Co原子之间的磁性耦合由直接的Co-Co反铁磁耦合和Co和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争决定.研究发现外双掺杂团簇存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.     

Mn掺杂(ZnSe)12团簇物性研究

采用密度泛函理论研究Mn原子单掺杂和双掺杂（ZnSe）₁₂团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂.比较掺杂团簇的稳定性.结果表明：无论是单掺杂还是双掺杂,替代掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上对掺杂团簇进行磁性计算.团簇磁矩主要来自Mn原子3d态的贡献,4s和4p态贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上产生少量自旋.研究发现：内双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

Effects of doping concentration on properties of Mn-doped ZnO thin films

This paper reports that the radio frequency magnetron sputtering is used to fabricate ZnO and Mn-doped ZnO thin films on glass substrates at 500~°C. The Mn-doped ZnO thin films present wurtzite structure of ZnO and have a smoother surface, better conductivity but no ferromagnetism. The x-ray photoelectron spectroscopy results show that the binding energy of Mn_2p3 / 2 increases with increasing Mn content slightly, and the state of Mn in the Mn-doped ZnO thin films is divalent. The chemisorbed oxygen in the Mn-doped ZnO thin films increases with increasing Mn doping concentration. The photoluminescence spectra of ZnO and Mn-doped ZnO thin films have a similar ultraviolet emission. The yellow green emissions of 4~wt.% and 10~wt.% Mn-doped thin films are quenched, whereas the yellow green emission occurs because of abundant oxygen vacancies in the Mn-doped ZnO thin films after 20~wt.% Mn doping. Compared with pure ZnO thin film, the bandgap of the Mn-doped ZnO thin films increases with increasing Mn content.     

Role of vacancy-type defects in magnetism of GaMnN

Role of vacancy-type(N vacancy(VN) and Ga vacancy(VGa)) defects in magnetism of GaMnN is investigated by first-principle calculation.Theoretical results show that both the VNand VGainfluence the ferromagnetic state of a system.The VNcan induce antiferromagnetic state and the VGaindirectly modify the stability of the ferromagnetic state by depopulating the Mn levels in GaMnN.The transfer of electrons between the vacancy defects and Mn ions results in converting Mn~(3+)(d~4) into Mn~(2+)(d5).The introduced VNand the ferromagnetism become stronger and then gradually weaker with Mn concentration increasing,as well as the coexistence of Mn~(3+)(d~4) and Mn~(2+)(d~5) are found in GaMnN films grown by metal–organic chemical vapor deposition.The analysis suggests that a big proportion of Mn~(3+)changing into Mn~(2+)will reduce the exchange interaction and magnetic correlation of Mn atoms and lead to the reduction of ferromagnetism of material.     

Effects of post-annealing on crystalline and transport properties of Bi_2Te_3 thin films

A well-established method is highly desirable for growing topological insulator thin films with low carrier density on a wafer-level scale. Here, we present a simple, scalable method based on magnetron sputtering to obtain high-quality Bi_2 Te_3 films with the carrier density down to 4.0 × 10~(13) cm~(-2). In contrast to the most-used method of high substrate temperature growth, we firstly sputtered Bi_2 Te_3 thin films at room temperature and then applied post-annealing. It enables the growth of highly-oriented Bi_2 Te_3 thin films with larger grain size and smoother interface. The results of electrical transport show that it has a lower carrier density as well as a larger coherent length(～ 228 nm, 2 K). Our studies pave the way toward large-scale, cost-effective production of Bi_2 Te_3 thin films to be integrated with other materials in wafer-level scale for electronic and spintronic applications.     

SiO2薄膜内部短程有序微结构研究

SiO₂薄膜是重要的低折射率材料之一, 针对离子束溅射(IBS)和电子束蒸发(EB)的SiO₂薄膜, 采用红外光谱反演技术获得在400–1500 cm^-1波数内的介电常数, 通过对介电能损函数的分析获得了两种薄膜在横向和纵向光学 振动模式下的振动频率和Si–O–Si键角.研究结果表明, 在EB SiO₂薄膜短程有序范围内, SiO₄的连接方式主要是类柯石英结构、3-平面折叠环和热液石英结构的SiO₄连接方式; 在IBS SiO₂薄膜短程有序范围内, SiO₄的连接方式复杂主要是类柯石英结构、3-平面折叠环、 4-平面折叠环结构和类热液石英结构. 关键词： 2薄膜')" href="#">SiO₂薄膜 离子束溅射 电子束蒸发 短程有序     

First-principles study of electronic structure and magnetic properties of SrTi1−xMxO3 (M= Cr,Mn, Fe,Co, or Ni)

We used first-principles calculations to conduct a comparative study of the structure and the electronic and magnetic properties of SrTiO₃ doped with a transition metal (TM), namely, Cr, Mn, Fe, Co, or Ni. The calculated formation energies indicate that compared with Sr, Ti can be substituted more easily by the TM ions. The band structures show that SrTi_0.875Cr_0.125O₃ and SrTi_0.875Co_0.125O₃ are half metals, SrTi_0.875Fe_0.125O₃ is a metal, and SrTi_0.875Mn_0.125O₃ is a semiconductor. The 3d TM-doped SrTiO₃ exhibits various magnetic properties, ranging from ferromagnetism (Cr-, Fe-, and Co-doped SrTiO₃) to antiferromagnetism (Mn-doped SrTiO₃) and nonmagnetism (Ni-doped SrTiO₃). The total magnetic moments are 4.0_μB, 6.23_μB, and 2.0_μB for SrTi_0.75Cr_0.25O₃, SrTi_0.75Fe_0.25O₃, and SrTi_0.75Co_0.25O₃, respectively. Room-temperature ferromagnetism can be expected in Cr-, Fe-, and Co-doped SrTiO₃, which agrees with the experimental observations. The electronic structure calculations show that the spin polarizations of the 3d states of the TM atoms are responsible for the ferromagnetism in these compounds. The magnetism of TM-doped SrTiO₃ is explained by the hybridization between the TM-3d states and the O-2p states.     

过渡金属与F共掺杂ZnO薄膜结构及磁、光特性

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了过渡金属元素与F共掺杂Zn_0.98-xTM_xF_0.02O (TM_x=Cu_0.02, Ni_0.01, Mn_0.05, Fe_0.02, Co_0.05)薄膜, 进而利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见透过谱、光致发光及振动样品磁强计等研究了薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光(PL)和室温磁学特性. 研究表明: 掺杂离子都以替位的方式进入了ZnO晶格, 掺杂不会破坏ZnO的纤锌矿结构. 其中Zn_0.93Co_0.05F_0.02O薄膜样品的颗粒尺寸最大, 薄膜的结晶度最好且c轴择优取向明显; Zn_0.93Mn_0.05F_0.02O薄膜样品的颗粒尺寸最小, 薄膜结晶度最差且无明显的c轴择优取; Cu, Ni, Fe与F共掺杂样品的颗粒尺寸大小几乎相同. TM掺杂样品均表现出很高的透过率, 同时掺杂后的薄膜样品的禁带宽度都有不同程度的红移. PL谱观察到Zn_0.98-xTM_xF_0.02O薄膜的发射峰主要由较强的紫外发射峰和较弱的蓝光发射峰组成. Zn_0.93Mn_0.05F_0.02O薄膜样品的紫外发光峰最弱, 蓝光发射最强, 饱和磁化强度最大; 与之相反的是Zn_0.96Cu_0.02F_0.02O薄膜, 其紫外发光峰最强, 蓝光发射最弱, 饱和磁化强度最小. 结合微结构和光学性质对Zn_0.98-xTM_xF_0.02O薄膜的磁学性质进行了讨论.     

磁控溅射制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er~(3+)/Yb~(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er~(3+)/Yb~(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er~(3+)/Yb~(3+)可明显增强上转换发光,Er~(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb~(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。     

第一原理研究Mn掺杂LiNbO3晶体的磁性和光吸收性质

采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理分析了Mn掺杂LiNbO₃晶体的结构, 磁性, 电子特性和光吸收特性. 文中计算了Mn占据Li位和Nb位体系的形成焓, 对应的形成焓分别为-8.340 eV/atom和-8.0062 eV/atom, 也就意味着Mn 原子优先占据Li位. 这也就意味着Mn原子占据Li位的掺杂LiNbO₃晶体结构更稳定. 磁性分析的结果显示, 其对应磁矩也比占据Nb位的高. 进一步分析磁性的来源, 自旋态密度结果显示: Mn掺杂LiNbO₃晶体的磁性主要源于掺杂原子Mn, Mn原子携带的磁矩高达 4.3 μ_B, 显示出高自旋结构. 由于Mn-3d与近邻O-2p及次近邻Nb-4d 轨道的杂化作用, 计算表明: 诱导近邻O原子及次近邻Nb原子产生的磁矩对总磁矩的贡献较小. 通过光学吸收谱的分析, 得出在可见光区Li位被Mn原子替代以后显示出更好的光吸收响应相比于Nb位. 本文还分析了O空位对于LiNbO₃晶体磁性与电子性质的影响, 结果显示O空位的存在可以增加Mn掺杂LiNbO₃体系的磁性.