《稀土摻雜III族納米氮化物稀磁半導體的製備與高壓研究》是依託吉林大學，由崔啟良擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：稀土摻雜III族納米氮化物稀磁半導體的製備與高壓研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：崔啟良
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
稀磁半導體(DMS)是能同時利用載流子的自旋和電荷兩種自由度將磁、電集於一體的半導體。最近人們發現在一些半導體材料中摻入非磁性雜質也具有鐵磁性，並有可能具有很高的轉變溫度（Tc），這為尋找室溫自旋電子學材料開闢了一條新的途徑。目前DMS的研究多局限在薄膜上，對其納米材料的製備與研究還少有報導，而且人們對這類材料中磁性起源的認識並不充分。本項目擬在已有稀土摻雜AlN室溫稀磁半導體納米晶研究工作的基礎上，對稀土元素摻雜III族納米氮化物稀磁半導體的製備與性質進行系統地研究，弄清不同稀土摻雜、同種摻雜不同濃度和基質材料的不同納米結構和形貌等對其光、電和稀磁性等物理性質的影響規律，探索這類材料中磁性來源的普適性；利用壓力有效改變物質性質的優勢，採用金剛石壓砧高壓實驗技術，研究這類材料在高壓下的結構、光學和磁性變化規律，探索利用壓力對其物理性質進行調控的可能性，為製備高Tc的稀磁半導體提供實驗依據。
結題摘要
建立了利用直流電弧電漿製備稀土摻雜III族納米氮化物稀磁半導體的新方法，製備出多種奇異形貌和低維結構的稀土摻雜III族納米氮化物稀磁半導體。包括：AlN:Sc單邊梳結構，AlN:Sc雙邊以及六重對稱納米結構，AlN:Y準陣列微米棒狀結構，AlN:Y納米線，AlN:Y梭形納米顆粒等。對這些納米結構的生長機制、光學特性進行了系統地研究。分析了它們的磁性來源，探討了摻雜濃度對於磁性的影響；並通過計算不同摻雜濃度下不同數目空位的形成能，探索和驗證製備新型稀磁半導體材料的可行性途徑。在稀土摻雜AlN:Sc和AlN:Y納米六稜柱以及納米線的原位角散高壓同步輻射X射線衍射研究中發現，他們均在較低壓力下，發生由六方纖鋅礦結構向立方岩鹽礦結構的相變，相變過程不可逆。分析了摻雜離子濃度、半徑大小對相變壓力的影響原因，總結出稀土摻雜AlN納米材料在高壓下的結構相變規律。利用直流電弧電漿方法製備出AlN:Co納米線，AlN:Co 樹枝狀結構，AlN:Co 分級結構和AlN:Mg納米線，不同形貌、尺寸的AlN:Mg納米棒，以及GaN:Mn納米顆粒和花瓣狀納米結構。對這些摻雜氮化物的生長機制、光學性質與振動光譜進行了系統的研究，分析了它們的磁性來源。在AlN:Mg 和 AlN:Co 納米線的原位角散高壓同步輻射X射線衍射研究中發現，它們在 17.7GPa和15.0GPa 時分別發生了纖鋅礦到岩鹽礦的結構相變。通過對它們的原位高壓研究總結了摻雜對其相變壓力的影響規律。進行了稀土金屬氮化物（ScN、YN）的製備與高壓物性研究。利用直流電弧電漿方法製備出立方體或長方體的單晶ScN和多晶YN。ScN和YN的原位的原位高壓同步輻射X射線衍射研究表明，它們都具有較高的體模量，在實驗最高壓力（53.5GPa）範圍內均保持初始的晶體結構，沒有發現結構相變發生。通過項目的實施，在稀土摻雜III族納米氮化物稀磁半導體的製備與高壓物性方面獲得了創新成果。較好的完成了項目的研究任務。
