氮摻雜氧化錫納米線的製備及d0鐵磁性起源機理研究

《氮摻雜氧化錫納米線的製備及d0鐵磁性起源機理研究》是依託華中科技大學，由張莉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氮摻雜氧化錫納米線的製備及d0鐵磁性起源機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張莉
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

N摻雜SnO2作為一種新型的自旋電子學材料，已成為獲得室溫鐵磁性新途徑。針對該材料d0鐵磁性形成機制，開展系統地理論和實驗研究，推進稀磁半導體套用研究，將為製備非磁性摻雜的半導體自旋電子器件提供新思路。因此，本項目擬採用化學氣相沉積法製備氮摻雜，通過最佳化其製備工藝，確立其獲得具有室溫以上的鐵磁性材料的工藝參數。結合氮N摻雜和退火處理，有效調控納米線中不同類型缺陷的濃度和分布，分析不同類型缺陷的濃度和分布與磁特性的關係，歸納誘導鐵磁性的主導因素；進一步開展基於第一性原理計算，獲得N摻雜濃度、缺陷類型和濃度等因素對電子結構和磁性質的作用規律。綜合上述理論分析與實驗結果，揭示出SnO2納米線材料磁性起源的物理機制，獲得調控d0鐵磁性的有效方法，指導高質量樣品的製備。項目完成後，將為該材料在自旋電子學、量子計算機、自旋光電子學等領域的套用奠定堅實的理論和技術基礎。

結題摘要

N摻雜SnO2作為一種新型的自旋電子學材料，已成為獲得室溫鐵磁性新途徑。針對該材料d0鐵磁性形成機制，開展系統地理論和實驗研究，推進稀磁半導體套用研究，將為製備非磁性摻雜的半導體自旋電子器件提供新思路。本項目以純SnO2納米線作為前驅物，採用NH3退火處理的方法成功製備了高產量且具有室溫鐵磁性的N摻雜SnO2納米線材料。系統研究退火溫度、NH3流量、退火時間等工藝參數對產物形貌、摻雜量和磁性的影響，探討製備工藝-摻雜量-磁性三者之間的關係。得出N摻雜濃度對磁性有直接的影響，可通過調控退火溫度和NH3流量這兩個工藝參數有效的控制N摻雜濃度。通過樣品表面的剝離處理實驗分析，結合第一性原理計算，探討了d0鐵磁性的物理機制。即摻雜N 的p軌道的自旋分裂誘導了局域磁矩，而樣品的巨觀鐵磁性是由N原子之間的p-p軌道耦合所致，與氧空位無關。項目執行期間已發表SCI論文1篇，標註自然科學基金項目資助。在基金的支持下協助培養在讀碩士研究生4名。