退火氛围对掺杂ZnO薄膜磁性的影响

采用直流磁控反应共溅法制备了非磁性元素Al和磁性元素Co掺杂的ZnO薄膜, 样品原位真空退火后再空气退火处理. 利用X射线衍射仪(XRD) 和物理性能测量仪(PPMS) 对薄膜的结构和磁性进行了表征. XRD和PPMS结果表明, 不同的退火氛围对掺杂薄膜的结构和磁性有着很大的影响. 真空退火的Al掺杂ZnO薄膜没有观察到铁磁性, 而空气退火的样品却显示出明显的室温铁磁性, 铁磁性的来源与空气退火后导致Al和ZnO基体间电荷转移增强有关. 而对于Co掺杂ZnO薄膜, 真空退火后再空气退火, 室温铁磁性明显减弱. 其磁性变化与Co离子和ZnO基体间电荷转移导致磁性增强和间隙Co原子被氧化导致磁性减弱有关.     

Co掺杂ZnO薄膜的结构和磁学性能

研究了用单束脉冲激光沉积法制备的Co掺杂ZnO薄膜的结构和磁学性能。XRD表征结果表明制备的薄膜是具有沿c轴择优取向的纤锌矿点阵结构。然而,进一步的高分辨电子显微镜结果显示整个样品上的晶体取向并不完全相同。很难说明形成了单晶。结果分析表明Co占据了部分Zn的格点,并对电子结构产生了影响。室温下观察到了磁滞回线,显示掺杂Co可以实现ZnO的磁性翻转,但磁性比较小。该薄膜与我们以前用双束脉冲激光沉积法制备的Co掺杂ZnO薄膜具有相似的性能,提示我们其内部的机制可能相似。     

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掺杂对ZnO∶Mn薄膜结构特性的影响

利用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上室温沉积了一系列不同Mn掺杂的ZnO∶Mn薄膜。结合Raman光谱,XRD谱和SEM分析了ZnO∶Mn薄膜的结构特性。Raman拟合结果显示,在Mn摩尔分数从0增加到5.6%的过程中,ZnO∶Mn薄膜始终保持着六角纤锌矿结构;随着Mn掺杂浓度的增大,437 cm-1和527 cm-1位置上的Raman散射峰出现红移现象,说明Mn掺杂量的增加导致晶格更加无序,缺陷增多;当Mn摩尔分数达到15.8%时,647 cm-1处的Raman散射峰出现,暗示了MnO的产生,同时薄膜结晶质量变差。这一结论也得到了XRD和SEM结果的支持。     

Fe掺杂ZnO块材样品的结构、形貌及磁性

采用共沉淀法在O2、Air、Ar等不同气氛下制备了名义组分为Zn0.98Fe0.02O的系列块材样品,实验上研究了烧结气氛对样品结构、形貌及磁性质的影响.XRD和SEM结果均显示,在Air和O2气氛中烧结的样品中缺陷较少,具有更好的结晶性.磁测量结果表明,在Air和O2氛中烧结的样品则未表现出明显的磁性特征,而在Ar气氛中烧结的样品在室温下呈现出弱铁磁性行为.样品中的弱铁磁性可能来源于与氧空位有关的束缚磁极化子间的铁磁耦合作用.该样品的HC和MR在低温下表现出反常变化,可能与磁畴壁移动有关.     

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ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究

采用共沉淀方法制备了名义组分为Zn_1-xMn_xO(x=0.001,0.005,0.007,0.01)的Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化.结果表明：样品在600℃的大气条件下退火后, 仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当样品经过800℃退火后,Mn掺杂量为0.007,0.01的样品中除了ZnO纤锌矿结构外还观察到ZnMnO₃第二相的存在.磁性测量表明,大气条件下600℃退火后的样品,呈现出室温铁磁性;而800℃退火后的样品,其室温铁磁性显著减弱,并表现为明显的顺磁性.结合对样品的光致发光谱的分析,认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn离子对ZnO中的Zn离子的替代形成的. 关键词： ZnO 掺杂 稀磁半导体 铁磁性     

工作气压对ZnO:Mn薄膜结构特性的影响

利用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上沉积了一系列ZnO:Mn薄膜,结合Raman光谱、XRD衍射谱和SEM分析了工作气压对ZnO:Mn薄膜结构特性的影响。Raman拟合光谱显示,在工作气压从1 Pa增加至4 Pa的过程中,ZnO:Mn薄膜始终保持着六角纤锌矿结构。但是,随着气压的降低,对应于E2(High)振动模式的Raman散射峰以及与Mn掺杂相关的特征峰左移,说明在低工作气压时,ZnO:Mn薄膜内晶格缺陷更多,晶格更加无序。这一结论也得到了XRD和SEM结果的证实。     

Co掺杂的ZnO室温铁磁半导体材料制备与磁性和光学特性研究

采用溶胶-凝胶法制备出具有室温铁磁性的Co掺杂的ZnO稀磁半导体材料. 通过对样品的结构、磁性和发光特性的研究发现,样品具有室温铁磁性,并发现其铁磁性源于磁性离子对ZnO中Zn离子的取代. 对不同温度制备的样品的磁性以及其发光特性的变化研究发现,样品的铁磁性与样品中锌间隙位（Zn_i）缺陷的密度有关. 关键词： ZnO 稀磁半导体 铁磁性     

H掺杂对ZnCoO稀磁半导体薄膜结构及磁性能的影响

利用磁控溅射法,采用亚分子分层掺杂技术交替溅射Co靶和ZnO靶,在Si衬底上制备了不同氢氩流量比的H:ZCO薄膜样品,研究了氢氩流量比对薄膜结构特性和磁学性能的影响。所制备的薄膜样品具有c轴择优取向。由于H对表面和界面处悬挂键的钝化作用,随H₂流量比的增加,薄膜的择优取向变差。磁性测量结果显示,薄膜样品的铁磁性随着氢氩流量比的增大而增强。XPS结果表明,随着H含量的增大,金属态Co团簇的相对含量逐渐增加,而氧化态Co离子的相对含量逐渐减小。H:ZCO样品中的铁磁性可能来源于Co金属团簇,H的掺入促使ZnO中的Co离子还原成Co金属团簇,从而增强了薄膜样品的室温铁磁性。     

Bi1-xYbxFeO3的结构相变与磁性

用溶胶-凝胶法制备了Bi_1-xYb_xFeO₃(0≤x≤0.2)粉晶样品,并用X射线衍射光谱和拉曼光谱对其结构进行了研究. 结果表明, 在x=0.1～0.125, 发生了结构相变, 由菱形R3c结构变为正交Pnma结构,对应的应该是从铁电相到顺电相的转变. 在结构相变边界,磁化强度达到最大值. 其原因是在低浓度掺杂区域,随着Yb³⁺的掺杂浓度的增大,BiFeO₃的自旋螺旋结构受到抑制,部分未被抵消的磁矩被释放出来,到了相变边界,自旋螺旋结构受到的抑制达到最大,磁矩被完全释放出来. 随着x的继续增大,磁化强度开始逐渐减小,这是由于逐渐形成了良好的反铁磁序排列.     

Magnetic properties of paramagnetically doped crystals Fe3+, Nd3+ and Ho3+ in various compounds

In this work we calculate the energy levels, wave functions and transition probabilities for a number of compounds whose crystal field parameters have been determined. We introduce a convergence criterion in the diagonalization of the Hamilton matrices dependent upon a self consistency test on the eigenvectors. This assures us of numerically accurate wave functions.First we calculated energy level and susceptibility differences in (Nd³⁺)PbMoO₄ dependent on the multiplicative constants θ_n, used with the published A_l^m to determine the crystal field parameters B_l^m, (B_l^m = θ_nA_l^M). Calculated energy levels as a function of external magnetic field strength and orientation are compared with experimental results for three different sets of published crystal field parameters, B_l^m, for (Fe³⁺)TiO₂. The ground state energy levels, and wave functions, have been calculated for the non-Kramers Ho³⁺ ion in the crystals PbMoO₄, LaCl₃ and HoCl₃. Easily distinguishable variations in the temperature dependence of the X_zz component of the susceptibility are found as a function of the host crystal. It is pointed out that susceptibility calculations, based upon measured crystal field parameters, in conjunction with subsequent susceptibility measurements, provide a good check on the validity of the crystal field parameters.     

化学合成的钯改性的NiFe2O4纳米颗粒的结构和磁性

采用溶胶-凝胶自动燃烧方法合成了镍铁-钯复合材料NiFe₂O₄-Pd的磁性纳米颗粒. 样品在800 ℃烧结6 h生成结晶相. X射线衍射证实样品呈尖晶石结构. 利用场发射扫描电子显微镜研究结构形态和纳米颗粒的大小. 饱和磁化强度在100和300 K时,随着钯含量增加达5%降低,但加入10%Pd时磁化强度突然上升.     

Structural, electronic and magnetic properties of Cr-doped Cd12S12 clusters: A density functional investigation

We have carried out first-principles density functional investigation of Cd₁₂S₁₂ cluster doped with one (monodoped) and two (bidoped) Cr-atoms, to explore the manifestation of novel magnetism in this family of stable II-VI semiconducting clusters. Different types of possible configurations of the dopant e.g. substitutional, exohedral, endohedral and substitutional-exohedral have been considered. Both for monodoped and bidoped clusters, substitutional doping corresponds to the ground state. In case of bidoped clusters, the coupling is found to be short-ranged, that depends on the Cr-Cr separation and the local environment. The main competing factors stabilizing ferromagnetic (FM) state in this class of doped nanoclusters are: (a) the FM interaction between two Cr atoms via S atom due to strong p-d hybridization and (b) the short range Cr-Cr direct antiferromagnetic (AFM) interaction. When additional hole is introduced in the system by substituting S with P, in substitutional bidoped clusters, FM state is found to be the ground sate.     

镉取代对纳米镍铁氧体结构和磁性的影响

采用湿化学共沉淀法合成了Ni_1-xCd_xFe₂O₄ (0≤x≤0.5)的混合铁氧体,利用X射线衍射对其结构和晶相进行表征．结果表明：随着镉Cd浓度的增加晶格参数逐渐增大．扫描电子显微镜研究微观结构,TG/DTA研究了硫酸共沉淀物．揭示了在650 oC合成铁氧体同时进行分解．测量了纳米粒子的磁化强度和交流磁化率．结果表明,Ni_1-xCd_xFe₂O₄混合铁氧体的磁化率、居里温度和有效磁矩随着镉含量的增加下降。     

Structural, optical and magnetic properties of (ZnO)1−x(MnO2)x thin films deposited at room temperature

The structural, magnetic and optical properties of (ZnO)_1−x(MnO₂)_x (with x = 0.03 and 0.05) thin films deposited by pulsed laser deposition (PLD) were studied. The pellets used as target, sintered at different temperatures ranging from 500 °C to 900 °C, were prepared by conventional solid state method using ZnO and MnO₂ powders. The observation of non-monotonic shift in peak position of most preferred (1 0 1) ZnO diffraction plane in XRD spectra of pellets confirmed the substitution of Mn ions in ZnO lattice of the sintered targets. The as-deposited thin film samples are found to be polycrystalline with the preferred orientation mostly along (1 1 0) diffraction plane. The UV-vis spectroscopy of the thin films revealed that the energy band gap exhibit blue shift with increasing Mn content which could be attributed to Burstein-Moss shift caused by Mn doping of the ZnO. The deposited thin films exhibit room temperature ferromagnetism having effective magnetic moment per Mn atom in the range of 0.9-1.4μ_B for both compositions.     

Magnetic properties of Zn0.9(Mn0.05,Ni0.05)O nanoparticle: Experimental and theoretical investigation

The crystalline and magnetic properties of 5% Mn and 5% Ni co-doped nanocrystalline ZnO particles, obtained by the co-precipitation method, are performed. X-ray diffraction data revealed that Zn_0.90Mn_0.05Ni_0.05O crystallizes in the monophasic wurtzite structure. DC magnetization measurement showed that the samples are paramagnetic at room temperature. However, a large increase in the magnetization is observed below 50 K. This behavior, along with the negative value of Weiss constant obtained from the linear fit of magnetic susceptibility data below room temperature, indicates ferrimagnetic behavior. The ferrimagnetic properties observed at low temperature are explained and confirmed from ab-initio calculations using the Korringa–Kohn–Rostoker method combined with the coherent potential approximation.     

BiFe1-xNbxO3的结构、磁性和光学性质

用溶胶凝胶法制备了Nb掺杂多铁BiFe_1-xNb_xO₃粉晶样品（0 <x <0.05）,研究Nb掺杂对样品的结构、磁学和光学性质的影响。根据XRD图谱和Rietveld精修的结果可知,所有的样品仍保持R3c相,但晶格常数a,c,晶胞体积V和Fe-O-Fe键角发生变化。适当的Nb掺杂使得样品晶粒尺寸减小,导致剩余磁化强度的增强,使得BiFe_1-xNb_xO₃样品的禁带窄化.     

Al3+掺杂的CuZn铁氧体的结构，电学和磁学特性

采用固相合成反应技术制备纳米Cu_0.5Zn_0.5Fe_2-xAl_xO₂(x=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5)铁氧体材料,研究Al³⁺含量对结构,电学和磁学性质的影响. 采用X射线衍射研究单相立方尖晶石结构. 利用Scherrer公式估算晶粒尺寸. 测定了温度依赖的直流电阻率.结果表明随Al³⁺含量的增加,晶格常数减小,孔隙度增加,饱和磁化强度值降低,Al³⁺对铁氧体的介电常数、介电损耗角的正切值和介质损耗因子等介电性能有明显影响,这可能与空间电荷极化有关.