同步輻射技術輔助研究MgO單晶的d0鐵磁性

《同步輻射技術輔助研究MgO單晶的d0鐵磁性》是依託南京理工大學，由譚偉石擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：同步輻射技術輔助研究MgO單晶的d0鐵磁性
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：譚偉石
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

在HfO2，MgO和石墨等材料中，組元離子沒有未配對的d電子或f電子。在沒有磁性離子摻雜的情況下，這類材料表現出d0鐵磁性。通常認為d0鐵磁性源於材料的結構缺陷導致的局域磁矩，但具體的形成機制尚未達成共識。d0鐵磁性在自旋電子學器件中的可能套用引起了人們的極大興趣。完整地表征材料的缺陷組態對於準確理解d0鐵磁性的產生機制是至關重要的。MgO具有岩鹽結構，是一類重要的離子氧化物材料，在功能器件等許多領域中有重要的套用，而簡單的晶體結構利於人們完整準確地表征MgO的缺陷組態。本項目以MgO單晶作為研究對象，通過輻照、離子轟擊和熱處理等方式改變其點缺陷組態，綜合利用同步輻射吸收和散射技術、正電子湮沒技術、電子自旋共振技術、吸收光譜和光致螢光譜等實驗手段來表征材料的點缺陷組態，建立點缺陷組態與鐵磁性之間的對應關係，結合理論計算，闡明MgO單晶的d0鐵磁性機制，探討調控其鐵磁性的可能途徑。

結題摘要

在HfO2，MgO和石墨等材料中，組元離子沒有未配對的d電子或f電子。在沒有磁性離子摻雜的情況下，這類材料表現出d0鐵磁性。通常認為d0鐵磁性源於材料的結構缺陷導致的局域磁矩，但具體的形成機制尚未達成共識。完整地表征材料的缺陷組態對於準確理解d0鐵磁性的產生機制是至關重要的。本項目以MgO單晶作為研究對象，試圖闡明MgO單晶的d0鐵磁性機制。 對(100)取向的MgO單晶進行了不同劑量的60Co-γ射線輻照，輻照劑量從30 kGy到1750 kGy。利用同步輻射漫散射技術以及紫外-可見吸收光譜研究了輻照樣品的點缺陷情況，並將實驗測量的漫散射結果與理論計算結果進行比對，以獲得點缺陷組態的信息。利用超導量子干涉儀(SQUID)測量了樣品在不同溫度下的磁性質。漫散射和吸收光譜的實驗結果表明，經γ射線輻照的MgO單晶產生了陰離子弗倫克爾缺陷。γ射線輻照的MgO單晶在室溫下沒有表現出鐵磁性，只是在低溫下觀察到了順磁信號，且輻照前後樣品在零場冷卻和場冷卻下的M-T曲線沒有變化，說明陰離子空位濃度較低，沒有導致MgO的d0鐵磁性。 對不同取向的MgO單晶進行了不同劑量的中子輻照，輻照劑量從1.0×1016 到 1.0×1020 cm-2。利用HRXRD、RSM和UV-Vis光譜對輻照樣品的缺陷組態進行了深入的研究，並且根據黃昆漫散射理論，計算了偶極力點缺陷引起的漫散射強度分布情況，結合倒易空間漫散射強度分布圖和吸收光譜的實驗結果，證實了中子輻照的MgO單晶中產生了較高濃度的O離子弗倫克爾缺陷，並且隨著輻照劑量的增加，缺陷濃度也隨之增大。高濃度的O離子缺陷使得MgO單晶在40 K以下時表現出d0鐵磁性。