銅氧化物材料的結構、磁性與磁輸運性質研究

《銅氧化物材料的結構、磁性與磁輸運性質研究》是依託南京大學，由鄒文琴擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：銅氧化物材料的結構、磁性與磁輸運性質研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄒文琴
• 依託單位：南京大學

項目摘要

3d過渡族金屬摻雜的銅氧化物半導體的磁性來源以及其中的自旋相關的輸運一直是國際上關注的問題。本項目擬通過改善摻雜技術實現不同濃度的磁性摻雜,利用外場誘導方法研究其磁性產生的物理機制。利用磁控濺射、PECVD、Sol-Gel方法等獲得CuO摻雜高自旋的過渡金屬元素的薄膜樣品，研究生長方法、生長參數、熱處理工藝等對薄膜質量、摻雜效果的關聯；調控銅氧化物半導體的結構、磁性、載流子、缺陷態密度和分布，分析銅氧化物的結構、摻雜、載流子的系統性變化對於其磁性的影響；發展熱擴散技術，實現對CuO單晶的過渡金屬摻雜；通過施加的門電壓的方法，調節銅氧化物能帶相對位置，測量鐵磁性銅氧化物的磁輸運性質，並且結合電輸運性質的測量，研究銅氧化物中載流子的自旋相關性質。以此為基礎，對比銅氧化物的磁性、電輸運性質和磁輸運性質，結合理論模型，分析3d過渡族金屬摻雜的銅氧化物的鐵磁性的來源。

結題摘要

本項目針對3d過渡族金屬摻雜的銅氧化物半導體的磁性來源以及其中的自旋相關的輸運展開工作，並對拓撲絕緣體材料的輸運性質進行一些的探索性的研究，並取得了些創新型的成果：首先，我們利用溶膠凝膠法製備了 Cu1-xMnxO(x=0.0, 0.06, 0.1, 0.2)多晶樣品。並證明Mn 原子可以替代CuO 晶格中Cu原子形成Cu1-xMnxO 化合物。隨著 Mn 摻雜濃度增加，樣品鐵磁性增強，單個 Mn原子的磁矩 1.94 µB/atom 增加到 2.66 µB/atom再變大到2.77 µB/atom，鐵磁居里溫度也隨之升高，達到 82.3K。摻雜樣品仍表現為絕 緣，而帶隙隨摻雜濃度增加而減小。實驗證實低摻雜濃度的 Cu1-xMnxO 體系中，鐵磁性起源於束縛磁極子。利用N2氣氛條件退火改變 Cu0.94Mn0.06O和 Cu0.8Mn0.2O樣品載流子研究載流子濃度的影響。實驗表明 N2退火有效的降低了 Cu1-xMnxO 中的載流子濃度，樣品的磁性和居里溫度都隨著載流子濃度減小而減小，進一步支持了Cu1-xMnxO中的磁性來源於束縛磁極子的形成，並且預期了可以通過增加 Cu1-xMnxO 樣品中的載流子濃度來增加樣品的磁性和居里溫度。另外在我們對於拓撲絕緣體的研究也獲得了一定結果。我們通過對四元拓撲絕緣體的研究發現，對於Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2無論是在結構信息還是輸運性質上都是一個很特殊的組分，各組分物理性質和晶體結構也是彼此相關。我們同樣也發現了四元拓撲絕緣體Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2霍爾電阻呈現非線性，利用多通道模型，我們將總電導分離為三部分：表面態，雜質能帶和體相電導貢獻。從而得到三個導電通道載流子濃度和遷移率隨著溫度變化的關係。最後我們也研究了BSTS納米片的輸運性質，並且發現其磁電阻在零場附近存在一個尖峰，以及無周期磁電阻震盪。零場尖峰一般被認為是弱反局域化所導致的，而震盪由於其具有可重複性，並且震盪幅度也隨著溫度的升高而減弱，因此可以認為該震盪的來源是普世電導漲落。通過分析我們可以發現無論是弱反局域化還是普世電導漲落都具有二維輸運的特徵。