论文部分内容阅读
近年来,在纯的和非磁性元素掺杂的半导体材料中发现的室温铁磁性挑战了传统的铁磁性理论,引发了学术界对铁磁性起源的激烈讨论。这一被称作d0铁磁性的磁现象有效地规避了过渡金属掺杂引入的铁磁性第二相对体系磁性的干扰。无论是从基础研究还是从实际应用的角度,对d0铁磁性材料进行研究都具有重要的意义。本文采用溶胶-凝胶法和水热法分别制备了非磁性元素掺杂的SnO2和SnS2样品,并对样品的结构、光学和磁学性质进行了系统的研究,具体内容如下:采用溶胶-凝胶法合成了Sn1-xLixO2纳米粉末。XRD、XPS和吸收谱的测试都表明在低浓度掺杂时(≤6 at.%),Li原子倾向于进入SnO2晶格取代Sn原子的位置。在高浓度掺杂时(10 at.%),多余的Li原子将会进入间隙位。磁学性质的测试表明,所有样品都具有铁磁性。随着Li掺杂浓度的增大,样品的饱和磁化强度呈现非单调变化,最大饱和磁化强度2.44×10-3 emu/g出现在6 at.%Li掺杂的SnO2样品中。综合以上分析,Sn1-xLixO2纳米粉末的铁磁性来源于Li替位掺杂在O 2p轨道引入的空穴。另一方面,间隙位Li作为施主缺陷会补偿替代位Li引入的空穴,降低体系的磁性。采用溶胶-凝胶法合成了Sn1-xSrxO2纳米粉末。由于Sr2+和Sn4+离子价态的差别,XRD和XPS测试都表明Sr的掺杂在SnO2样品中引入了一定量的氧空位。PL谱的分析进一步表明样品中的氧空位主要是单电离氧空位(VO+),而且VO+的浓度随Sr掺杂浓度的增加单调增强。磁学性质的测试表明,Sr的掺杂能增强SnO2样品的铁磁性,而且样品的饱和磁化强度和VO+缺陷的浓度随着Sr掺杂浓度的增加呈现相同的变化趋势。这一结果表明Sn1-xSrxO2纳米粉末的铁磁性与VO+缺陷有关。采用水热法合成了Sn1-xMgxS2纳米花。SEM测试结果表明样品呈现花状结构并且每个花状结构都是由许多纳米片组成的。XRD和吸收谱测试结果表明Mg原子以两种方式进入SnS2晶格:替代位和间隙位。替代位Mg掺杂能增强样品的铁磁性,其磁矩的排列主要是通过Mg 2p态和S 3p态之间的p-p耦合作用来实现的。然而由于空穴补偿效应,高浓度掺杂产生的间隙位Mg会降低体系的磁性。