线性正磁电阻材料硒化银的掺杂改性研究

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自掺杂富银(Ag)的硒化银(Ag2+δSe)材料具有较大的线性磁电阻效应,并且在较宽的温度范围(1K-300K)和超宽磁场范围(1mT-55T)内保持良好线性且未出现饱和迹象,这种输运特性无法用窄带半导体的经典输运机理解释。现阶段对于Ag2+δSe材料的线性磁电阻效应机理的解释主要有两种:量子磁电阻效应和经典无序电阻模型。前者强调Ag2+δSe类材料的零带隙特性及线性色散关系,当材料体系达到量子极限,也即所有电子都只占据一个朗道能级时,磁电阻就和磁场呈线关系;后者则强调材料中结构的无序导致了电流的无序,进而导致迁移率有较大的波动,迁移率的波动能直接产生线性磁电阻效应。由于自掺杂的Ag2+δSe材料特殊的磁电阻效应,使得它在磁场测量方面有很好的的应用前景。在本课题组的前期研究中,我们发现自掺杂的Ag2+δSe材料的电阻率太低及载流子浓度过高,这均会导致电噪声过高,从而影响其作为磁场探测器的应用。为了改进Ag2+δSe的性能,我们用水热法对Ag2Se进行了掺杂改性实验,制备了掺In和Co两个系列的Ag2Se体系的材料。对于掺In的Ag2Se材料,我们通过XRD、XRF等分析测试手段的分析,发现产物为Ag2Se和AgInSe2组成的复合材料,并通过SEM和TEM观察了粉末和块材样品的微观形貌,显示有两种大小不同的晶粒,分别对应着Ag2Se和AgInSe2两种相。对于掺Co的粉末样品,通过XRD、XRF和Rietveld精修等手段发现所得产物为Co代替Ag的代位固溶体,最高固溶度可达40%,且主要占据AgI位。最后,我们对一系列In含量不同的Ag2Se-AgInSe2复合材料样品做了横向磁电阻效应(TMR)的测量,发现所有的样品的磁电阻都是在低场时与磁场呈二次方关系,高场时则呈现非常好的线性关系并且直到50T都没有饱和的迹象。TMR随着In含量的增加而降低,最高可达400%,这应该与材料的宏观无序状态有关,即符合经典无序电阻模型。AgInSe2相的存在一方面增加材料的电阻率,从而降低材料在测量中的电信号噪音,但另一方面也会降低TMR,因此加入适量的AgInSe2相有助于提升Ag2+δSe材料在磁场测量方面的性能。
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