《透明室溫鐵磁半導體Zn1-xErxO的製備及磁性機理研究》是依託蘭州大學，由祁菁擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：透明室溫鐵磁半導體Zn1-xErxO的製備及磁性機理研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：祁菁
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬在前期工作基礎上，採用Er摻雜實現氧化鋅（ZnO）材料的室溫鐵磁特性。通過超導量子干涉儀（SQUID）、場發射掃描電鏡（FESEM）、高分辨透射電鏡（HRTEM）、磁力顯微鏡（MFM）、核磁共振（NMR）、X射線光電子譜（XPS）、X射線衍射（XRD）、Raman光譜、Hall效應測試等手段進行巨觀磁性、微觀磁性、微結構、晶體結構及輸運特性等各種性能分析，排除鐵磁性團簇及二次相存在的可能，證實室溫鐵磁性的內稟特性；研究Er摻雜ZnO稀磁半導體的磁學、電學及光學特性；分析樣品的載流子類型及濃度，缺陷類型及濃度等因素對材料磁特性的影響；結合理論計算和實驗結果，解釋其室溫內稟鐵磁性的磁性機理，為該材料在自旋學領域的套用奠定理論與實驗基礎。
結題摘要
在該項目的執行過程中，我們順利的完成了計畫書所計畫的所有研究內容。取得的成果主要包括以下兩個方面：（1）研究了包含Zn1-xErxO在內的氧化物的室溫鐵磁特性及其機理；（2）初步研究了電場作用下ZnO材料中O空位的重新分布對電阻的影響及其在阻變存儲領域中的套用。這些成果得到國內外學術界的高度認可，共發表SCI及EI學術論文10篇，其中SCI一區1篇（ACS Nano（2011年影響因子10.774）），SCI二區5篇（Physica Status Solidi Rapid Research Letters 1篇、IEEE Electron Device Letters 1篇、The Journal of Physical Chemistry C 2篇、Scripta Materialia 1篇）。在氧化物的室溫鐵磁性及機理研究部分我們首先系統地研究了Er摻雜ZnO稀磁半導體材料的磁特性及其與Er摻雜濃度、結晶質量、缺陷濃度等參數的關係，並研究了濺射參數對Er摻雜ZnO稀磁半導體材料的磁特性的影響，發現影響Er摻雜ZnO稀磁半導體材料磁特性的主要因素是O空位的濃度。為進一步確保O空位在稀磁半導體材料中的重要地位，結合前期關於未摻雜ZnO磁特性的研究結果（J. Appl. Phys. 105, 113928 （2009）），研究了Al、Cu、La摻雜ZnO及Cr摻雜SnO2納米線稀磁半導體材料體系中O空位對磁特性影響的作用；並研究了未摻雜CuO及ZnO2的磁特性及其磁特性與O空位的關係。對這些材料體系的研究結果均表明O空位對稀磁半導體材料的磁特性有決定性的作用。這些結果進一步間接地證實了Er摻雜ZnO稀磁半導體材料中的磁性來源問題。我們研究組還進行了ZnO基材料中O空位在電場作用下的行為及其套用潛力的研究。結果發現， ZnO基材料在不同的電場作用下阻值會在高低阻態間轉換，此轉換也起源於O空位在材料中的重新分布。為了找到O空位在電場作用下重新分布的證據，在Si襯底上外延生長了直徑在10~60nm，高度在20~70nm之間的納米島，採用CAFM探針為頂電極，對ZnO納米島施加不同極性的電壓掃描，並測量了每次掃描之後的電流分布圖，證實了ZnO納米島中O空位的重新分布現象。該部分研究雖然僅取得了一些初步的結果，但卻為我們今後研究電場作用對氧化物半導體室溫鐵磁性的影響奠定了基礎。
