【摘 要】
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稀磁半导体既拥有磁学性质又拥有半导体特性,同时利用电子的两个自由度即电子自旋和电荷,在此基础上发展了结合磁学和微电子学的两门学科的自旋电子学。自旋电子器件相对于传统的微电子器件,具有能耗低、运算速度快、非易失性以及可集成密度高等优势,在实际应用领域中具有十分重要的价值。掺杂是制备稀磁半导体的有效手段,具有室温铁磁性的稀磁半导体满足自旋电子器件的实际应用。论文使用CuS纳米颗粒作为主体材料,选用稀土
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稀磁半导体既拥有磁学性质又拥有半导体特性,同时利用电子的两个自由度即电子自旋和电荷,在此基础上发展了结合磁学和微电子学的两门学科的自旋电子学。自旋电子器件相对于传统的微电子器件,具有能耗低、运算速度快、非易失性以及可集成密度高等优势,在实际应用领域中具有十分重要的价值。掺杂是制备稀磁半导体的有效手段,具有室温铁磁性的稀磁半导体满足自旋电子器件的实际应用。论文使用CuS纳米颗粒作为主体材料,选用稀土Pr和Ho元素进行掺杂。对样品进行了磁学测试,并对其磁性的来源进行了分析,最后通过第一性原理计算分析样品的磁性机制。本论文的主要研究成果如下:1.利用气雾冷凝化学沉积方法,制备出不同掺杂浓度的CuS:Pr3+、CuS:Ho3+纳米颗粒;结构分析表明,稀土Pr3+和Ho3+离子占据CuS晶格中Cu离子的位置,稀土离子成功掺入CuS纳米颗粒的晶格。晶粒大小分别约为7.9 nm、8.5 nm和9 nm。2.磁学测试表明,室温条件,CuS:Pr3+、CuS:Ho3+纳米颗粒的饱和磁化强度（Ms）最大值分别为0.00298 emu g-1、0.00443 emu g-1;表现出室温铁磁性;随掺杂浓度增大,Ms值先增大后减小;成功制备具有室温铁磁性的CuS基稀磁半导体。3.利用第一性原理态密度计算和束缚磁极化子模型解释了室温铁磁性来源,Pr3+掺杂体系的铁磁性,主要来源于Cu 3d、S 3s、S 3p和除Pr 4fxyz以外的Pr 4f轨道的自旋劈裂;Ho3+掺杂体系的铁磁性,主要来源于Ho 4f轨道的自旋劈裂;形成的束缚磁极化子团簇越多,铁磁性越大。磁性离子之间缩短距离,发生反铁磁耦合,削弱铁磁性。
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