《硒化銀材料的摻雜改性及磁電阻效應微觀機理研究》是依託華中科技大學，由楊鳳霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：硒化銀材料的摻雜改性及磁電阻效應微觀機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊鳳霞
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
課題擬利用化學摻雜的方法對硒化銀（Ag2Se）半導體材料進行改性，以提高其磁電阻MR、半導體本徵化溫度和降低臨界磁場，解決自摻雜硒化銀(Ag2+δSe)材料線上性正磁電阻效應實用化面臨的主要障礙。理論上，建立摻雜材料（自摻雜、同族、異族及過渡族原子摻雜）的第一性原理的理論模型，利用密度泛函的方法構建材料的微觀圖像，以獲取在不同組分和物理條件下,材料的電子能帶結構、帶隙及自旋極化的細節，揭示能帶結構與磁電阻效應的關聯；配合摻雜與表征，優選合適元素和劑量，不斷改進理論模型，建立起與實驗數據大體吻合的微觀模型。試探判明該材料體系是否為零帶隙材料，進而尋找獲得新的零帶隙（GS）和自旋無帶隙（SGS）材料的新途徑。本項目的研究成果將有助於硒化銀系列材料邁向實用化，必將進一步深化材料的微觀機理的認識。
結題摘要
自摻雜的硒化銀(Ag2+δSe，δ為過量或者不足銀含量)展示大的線性正磁電阻效應(MR)，在強磁場探測器等具有領域潛在的套用前景。然而，一方面，該類材料在套用過程中存在瓶頸，另外，在MR效應機理研究方面，一個基於微觀圖像的基礎結構模型尚未建立。鑒於此，我們提出了本項目，取得了一些成果，並有所突破： 1、本項目首要的突破是擯棄了高成本的高溫熔融法，嘗試了一種簡捷的製備方法——溶劑熱法，在低溫下成功製備了各類元素摻雜的單相的Ag-X-Se固溶體，包括自摻雜、過渡族元素摻雜及其它元素摻雜。該製備方法解決了本項目的一大技術難點，且所製備的多晶達到了指標要求。 2、本項目主要實驗成果是通過化學摻雜，從不同方面有效地解決了Ag2+δSe材料實用化面臨的障礙，並獲得了各摻雜元素的最佳含量：對自摻雜的Ag2＋δSe多晶，最佳δ為0.215，且以硼氫化鉀作為催化劑製備的晶體，其橫向MR效應(TMR)是未加催化劑晶體的一個數量級。AgInSe2-Ag2+δSe複合材料中AgInSe2的最佳含量為0.1， Ag-Co-Se單相材料中Co的最優劑量x為0.1。室溫光帶隙的計算結果證實了摻雜改性的單相在低溫下均會出現零能隙。 3、本項目主要理論成果是直接採用實測的晶胞常數，晶型等，利用第一性原理獲得了材料的微觀圖像：摻雜元素在Ag2Se母體中引入了雜質能級，改變了雜質及本徵載流子濃度，故MR變化；在零能隙情況下，材料體現出了線性色散關係。對於過渡元素如Co摻雜的材料，Co替代AgII位，能隙減小，材料絕緣性能更明顯，且Co與周邊的硒原子形成八面體，呈現高自旋態，並且同層Co體現為鐵磁作用，不同層的Co體現反鐵磁性。 4、對於兩相複合晶體，建立了電阻網路模型，揭示了改性的機理：由於兩相材料電導率、遷移率的差異，導致晶體的電導率增及本徵載流子濃度發生變化，從而改變MR效應。 5、本項目最大的特色是製備了單相的過渡元素摻雜的Ag-X-Se，也是突破之一。Ag-X-Se不僅展示了低溫鐵磁性及巨大的MR效應，而且體現了拓撲特性，該結果有助於開拓更多的自旋零帶隙材料。在我們的論文發表前(見研究成果[1])，國際上尚無相關報導。 實驗協調理論研究，我們獲得了改性規律及改性的機理，有助於硒化銀系列材料邁向實用化及深化對其微觀機理的認識。
