《稀磁半導體材料晶格畸變及室溫磁性調控研究》是依託浙江大學，由吳琛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：稀磁半導體材料晶格畸變及室溫磁性調控研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：吳琛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為集磁和電於一體的新型功能材料，稀磁半導體材料在自旋電子學中有很大的套用潛能。研究實現對其性能自主控制的有效方法是推動其套用的重要因素。本項目以Co摻雜的二氧化鈦稀磁半導體薄膜為例，通過誘導晶格畸變，在亞晶格層面上控制Co離子與O空位的間距，調節耦合作用強度，最佳化材料的室溫磁性。外延生長薄膜的晶格常數可通過兩種方式調節：一是選擇具有不同晶格常數的襯底材料誘導薄膜產生壓縮或膨脹的晶格畸變；二是在給定襯底材料上改變薄膜的生長厚度。由於內應力隨膜厚增加而釋放，襯底材料對晶格畸變的影響將逐漸減小。兩種方式相互補充，將揭示Co摻雜的二氧化鈦薄膜晶格畸變對於材料電子結構和性能影響的規律。這些實驗規律將與理論計算相結合，為調控稀磁半導體材料性能，設計相應的自旋電子器件提供參考。
結題摘要
作為集磁和電為一體的新型功能材料，稀磁半導體材料在自旋電子器件中有著重要的套用潛能。探索其室溫磁性來源並實現對其磁性的調控是推動其套用的重要因素。本項目以氧化物磁性半導體薄膜為例，在最佳化其關鍵製備參數的基礎上，通過選擇具有不同晶格常數的襯底材料及改變薄膜厚度兩種方式調節襯底對薄膜作用的強弱，重點研究了襯底對薄膜微觀結構和室溫磁性的調控作用。系統分析了不同襯底上薄膜的晶格常數變化規律，建立了薄膜微觀結構、元素價態和缺陷濃度與室溫磁性的內在聯繫。揭示了在特定襯底上，隨著氧化鈦薄膜厚度增加，其顯微結構從非晶態向銳鈦礦和金紅石兩個晶化相的轉變，及此顯微結構的演變對磁性的影響。項目結合理論計算，對比研究了不同缺陷濃度下，氧化鈦的非晶結構及晶化相中的磁矩分布及磁性產生的機制。實驗和理論計算研究表明，缺陷更易於存在於氧化鈦的非晶結構中，且其磁距主要分布在由氧空位引起的Ti3+附近。綜上，項目提出了通過襯底作用影響薄膜材料的顯微結構，實現對其室溫磁性調控的新思路，並在實驗和理論方面驗證了該思路的可行性。項目的研究成果可進一步拓展到其他材料體系，為設計和製備具有特定性能，滿足不同套用場合需求的磁性半導體材料奠定了良好的基礎。
