TiO_2基稀磁半导体的制备及室温铁磁性研究

题名	TiO_2基稀磁半导体的制备及室温铁磁性研究
作者	魏学刚
学位类型	硕士
导师	王青
答辩日期	2014
学位授予单位	兰州理工大学
学位名称	硕士
学位专业	凝聚态物理
关键词	溶胶凝胶法 TiO₂纳米颗粒氧空位室温铁磁性 3d轨道稀磁半导体 TiO2纳米颗粒
摘要	稀磁半导体材料所产生的室温铁磁性作为近年来研究的一种新的磁现象。它突破了传统半导体材料只利用电子电荷自由度来运输和处理信息的瓶颈,实现了半导体可以同时利用电子电荷自由度和自旋自由度集于一起的新型半导体材料。可是稀磁半导体材料中室温铁磁性的来源机理尚不明确,有研究者认为铁磁性的产生是由掺杂的过渡金属离子所产生的,也有研究者认为是形成的缺陷所产生的本征室温铁磁性。对于稀磁半导体材料中室温铁磁性的研究无论从理论上、实验上还是未来的技术应用上都是一个极具挑战性的基础研究工作。基于以上问题的提出,为了更好的认识室温铁磁性,本论文主要通过两个方面来研究稀磁半导体材料中的室温铁磁性,一方面研究稀磁半导体材料中室温铁磁性的本征性和非本征性;另一方面初步研究稀磁半导体材料中室温铁磁性的来源机理,主要研究结果如下：1.采用溶胶凝胶法制备了纯的Ti02纳米颗粒。通过X射线衍射(XRD)测试表明,Ti02样品均为纯的锐钛矿相结构,随着退火温度的提高样品的结晶度变的更好。扫描电子显微镜(SEM)对样品的表面形貌观察可知,纳米颗粒形貌整洁均为均匀的小圆球,颗粒具有良好的分散性。震动样品磁强计(VSM)测试表明Ti02样品在室温下均有明显的磁滞现象产生,并且随着退火温度的提高样品的饱和磁化强度有所增加。X射线光电子能谱(XPS)测试结果认为,Ti02纳米颗粒退火之后Ti2p和O1s结合能峰位均向较高结合能方向发生位移,并且随着退火温度的升高峰位移动越大,这可以肯定样品在退火的过程中有氧空位的生成。根据以上测试研究表明,Ti02样品中室温铁磁性的来源主要是因为在退火的过程中一少部分的四价态钛离子3d轨道有电子的填充,使得四价态钛离子向低价态钛离子转变,Ti02样品中三价态钛离子和二价态钛离子之间发生电子转移相互作用,从而产生室温铁磁性。2.采用溶胶凝胶法制备了Co, Ni掺杂的Ti02稀磁半导体纳米颗粒,并对其微观结构、表面形貌以及磁学性能进行了研究。对于低浓度的Co,Ni掺杂Ti02样品,X射线衍射和高分辨透射电镜均没发现其他相物质的生成;对于高浓度Co, Ni掺杂的Ti02样品,X射线衍射分别探测到了CoTiO3和NiTiO3的存在。通过磁学测量表明,在相同的外磁场下,高浓度掺杂的样品磁化强度增加,但较高的Co, Ni掺杂可能会形成更多填隙离子和顺磁性物质,从而减少了氧空位浓度,最终使材料的剩余磁化强度和矫顽力降低。3.采用溶胶凝胶法制备了不同浓度Co掺杂的Ti02纳米颗粒,所制备的样品均为锐钛矿相结构。3.5mo1%掺杂的样品在室温下有明显的磁滞曲线,并且在室温下具有较大的磁矩,并且认为3.5mol%Co掺杂Ti02样品,成为制备稀磁半导体的新型材料最佳掺杂浓度。VSM和XPS测试结果表明,Ti02样品中室温铁磁性来源于Co掺杂的Ti02纳米颗粒本身,并非来源于金属Co离子。
其他摘要	Therefore,an important aspect of a growth of nanostructure based DMSs materials need to be realized of intrinsic RTFM.On the other hand,the origin of the observed ferromagnetic properties is discussed.
页数	50
URL	查看原文
语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	O472
学号	112070205011
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/90467
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	魏学刚. TiO_2基稀磁半导体的制备及室温铁磁性研究[D]. 兰州理工大学,2014.