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近几年来,具有居里温度Tc高于室温的宽禁带隙氧化物和氮化物稀磁半导体材料的出现,激起了研究者们的极大兴趣,也成为了半导体自旋电子学、材料物理和凝聚态物理等诸多领域的热点课题。稀磁半导体材料集载流子的自旋和电荷两种自由度于一体,具有磁光、磁电、磁输运等新颖特性,蕴涵着巨大的潜在应用前景,成为当前的重点课题。
固相反应法是目前制备和研究ZnO基稀磁半导体材料的主要方法之一。在大量工艺探索的基础上,用固相反应法分别成功地制备了均匀性好的Mn掺ZnO和Co掺杂ZnO的纳米颗粒。在此基础上,使用国产六面顶压机,对稀磁半导体材料进行1—6GPa高压处理。借助相关分析仪器,对样品的结构和磁性行为进行了测试分析,并对样品磁性的起因进行了初步的探讨。主要研究工作包括:
借助于XRD衍射分析仪、扫描电镜(SEM)和分析了在不同掺杂浓度和不同高压处理下,Zn1—xMnxO体系(x=0~0.06)的结构特性的变化和颗粒尺寸的大小。XRD测试图像中衍射峰显示样品室纯ZnO相结构。高压处理对样品的晶粒尺寸也产生影响。
借助于物性测试系统(PPMS)研究了Zn1—xMnxO体系样品随掺杂浓度的增加磁化强度M与所加磁场H的关系;研究了Zn0.98Mn0.02O在不同高压处理下的M—H关系。结果表明,随着掺杂浓度的增加样品的铁磁有序行为逐渐减弱,样品内部存在铁磁和反铁磁作用的竞争;同时,高压处理能够对样品的室温铁磁性产生明显的影响,在3GPa高压处理下,样品的铁磁性有明显的增强。
在结构分析和磁性测量的基础上,并结合样品的制备工艺,我们对过渡金属离子掺杂的ZnO纳米颗粒样品中的磁行为进行了讨论。由于X—ray没有检测到第二相的存在,我们认为观察到的磁性是一种本征性质的体现,而不是源于第二相的引入而引起的。并且,基于双交换理论对所制备样品的磁行为及其磁性的起因进行了探讨。
另外,研究了高温高压处理对钴掺杂氧化锌纳米材料的压敏特性的影响。实验表明,高温高压处理能够有效促进材料晶粒成长,降低压敏电压梯度,并促使添加剂在晶界处偏析,提高晶界势垒,为压敏电阻的低压化提供新的思路。不同的高温高压处理条件对样品的非线性系数也会产生一定的影响。