《磁性摻雜氧離子導體中的磁機制理論和實驗研究》是依託電子科技大學,由宋遠強擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁性摻雜氧離子導體中的磁機制理論和實驗研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋遠強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
稀磁氧化物其磁機制問題一直以來都是自旋極化材料研究領域的一個基礎問題。本項目提出磁性摻雜氧離子導體中存在氧空位調製和氧離子躍遷調製的兩種磁機制，通過研究體系中氧離子輸運特性與體系磁特性之間的內在聯繫，從理論和實驗上深入探討該類材料中的磁機制問題。一方面採用第一性原理計算方法，對過渡族元素摻雜的幾種氧離子導體體系進行模擬計算，考察氧空位的形成、氧離子的輸運、體系的磁特性之間的內在關係，建立磁機制的物理模型；另一方面通過實驗方法合成摻雜氧離子導體材料的塊材、納米粉體和薄膜，通過對各體系氧離子傳導特性和磁特性的實驗測試，確立氧空位狀態、氧離子輸運特性與磁機制之間的內在物理關係，對理論建立的物理模型進一步驗證，最終針對磁摻雜的氧離子導體材料建立完善的磁性耦合物理機制。
結題摘要
1. 理論方面通過第一性原理計算，系統研究了V、Cr、Mn、Fe、Ni等離子摻雜CeO2介電體系的磁性起源機制。計算結果發現：摻雜體系的單元總磁矩和磁性離子貢獻的磁矩隨摻雜元素d 軌道電子數的增加呈先增加後減小的趨勢，在Mn 3d5時達到最大。結果證實了磁性3d元素在其中的磁交換耦合機制：沒有氧空位時是反鐵磁交換；在氧空位存在情況下產生鐵磁性超交換耦合。 2. 實驗上通過製備磁性離子摻雜CeO2粉體、塊材、薄膜及表征測試，系統研究了體系的室溫鐵磁性。得到了具有明顯室溫鐵磁性且擇優取向可控的Co:CeO2薄膜材料，為開發先進自旋器件提供了材料基礎。另外研究了磁性離子摻雜La2O3材料的磁性機制問題，發現其中同樣存在氧空位調控的鐵磁性交換耦合機制。 3. 實驗研究了磁性離子如Fe、Mn、Ni摻雜CaCu3Ti5O12巨介電材料的介電及磁性，合成出具有室溫鐵磁性的Fe、Ni摻雜的CCTO體系，同樣通過實驗研究發現其中也存在鐵磁性交換耦合機制。進而推論：在介電材料中存在的磁性離子，只要能夠通過合適的手段引入穩定存在的氧空位，即可以得到穩定的鐵磁交換耦合。這一普遍性結論為開發稀磁氧化物提供了有益的理論指導及研究思路。 4. 為了合成低維稀磁納米顆粒或納米棒，理論研究了納米棒的生長動力學問題，探索了生長中各實驗條件如溫度、離子濃度、納米棒形狀、直徑等因素對棒狀納米基團的生長影響。 5. 通過靜電紡絲技術成功製備出磁性摻雜的CeO2以及Cu2ZnSnS4半導體納米纖維，此類低維材料將用於磁量子器件及半導體光伏器件的套用研究。
