【摘 要】
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自旋电子学作为一门具有巨大应用前景的前沿科学,在近些年来获得了广泛的关注,其中的一种重要的自旋电子材料为稀磁半导体。自从理论预测Mn掺杂Zn O中会存在室温铁磁性的结果被报道以来,过渡金属元素掺杂的氧化物半导体体系吸引了人们的研究兴趣。但受限于过渡金属在氧化物中的固溶度过低,研究过程中出现的诸如磁性杂质相难以排除、铁磁性弱以及磁性作用机理不明确等一系列的问题一直未能解决。在本论文中,考虑到Fe在I
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自旋电子学作为一门具有巨大应用前景的前沿科学,在近些年来获得了广泛的关注,其中的一种重要的自旋电子材料为稀磁半导体。自从理论预测Mn掺杂Zn O中会存在室温铁磁性的结果被报道以来,过渡金属元素掺杂的氧化物半导体体系吸引了人们的研究兴趣。但受限于过渡金属在氧化物中的固溶度过低,研究过程中出现的诸如磁性杂质相难以排除、铁磁性弱以及磁性作用机理不明确等一系列的问题一直未能解决。在本论文中,考虑到Fe在In2O3中相对较高的固溶度,我们选取了Fe掺杂In2O3作为研究体系,分别在不同退火温度、不同Fe掺杂浓度的条件下制备了(In1-xFex)2O3以及不同价态元素掺杂的X-(In0.9Fe0.1)2O3（X=Sn,Cu）纳米颗粒。通过研究样品的结构、光学及铁磁特性,分析了该材料体系中影响铁磁性的因素及相应的铁磁作用机理。主要结果如下:（1）在不同退火温度下制备了(In0.95Fe0.05)2O3纳米颗粒。我们发现随着退火温度的升高,样品中的氧空位浓度及饱和磁化强度呈现了一致的非单调变化。其中在600℃下退火的样品中氧空位浓度最高,同时铁磁性也最强。结果表明,样品中的铁磁性与氧空位,尤其是晶粒界面处的氧空位,有密切的关联。（2）制备了不同Fe掺杂量的(In1-xFex)2O3（x=0-0.2）纳米颗粒。测试结果显示,当Fe的掺杂浓度为15%时,样品中的单离子氧空位浓度最高,铁磁性最强。我们认为样品中的单离子氧空位在传导铁离子之间的铁磁耦合过程中发挥了重要的媒介作用。（3）制备了不同Sn掺杂量的(In0.9-xFe0.1Snx)2O3（x=0-0.09）及不同Cu掺杂量的(In0.9-xFe0.1Cux)2O3（x=0-0.06）纳米颗粒。结果表明:随着Sn掺杂量的增大,样品中的载流子浓度呈现单调上升趋势,而样品内的单离子氧空位浓度与铁磁性呈现一致的非单调性变化。当x=0.06时,样品内的单离子氧空位浓度最大,铁磁性最强。随着Cu掺杂量的增大,由于p型掺杂对样品中n型载流子的补偿作用,样品中的载流子浓度呈现单调递减趋势,而样品内的铟空位浓度与饱和磁化强度却呈现了一致的上升趋势。我们认为,在高价及低价元素掺杂时,氧空位和铟空位会分别充当传递铁离子之间的铁磁相互作用的媒介。
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