《CeO2基寬禁帶稀磁氧化物的製備及相關性能研究》是依託電子科技大學,由劉保元擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CeO2基寬禁帶稀磁氧化物的製備及相關性能研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉保元
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
稀磁半導體是新一代自旋電子器件最為關鍵的基礎材料。最新的研究表明過渡金屬摻雜的寬禁帶稀磁氧化物往往具有室溫鐵磁性。本項目以過渡金屬摻雜寬禁帶氧化物CeO2為研究對象，通過第一性原理計算探討稀磁氧化物高溫鐵磁性起源的物理機制，給摻雜元素的選擇和材料設計提供理論指導。在此基礎上通過實驗手段合成多種過渡金屬摻雜的CeO2粉體、塊材和薄膜，研究影響材料鐵磁性能的實驗因素，最終通過最佳化的材料配方、製備工藝得到具有高溫鐵磁性且性能穩定的CeO2基稀磁氧化物新材料，並對本材料的磁、光、電性能進行全面的測試，以探討其潛在的套用。更進一步本項目還將首次提出並嘗試研製基於室溫稀磁氧化物的磁阻自旋閥、集成在Si基片上的自旋濾波器件以及集成在藍寶石基片上的磁光器件，有望在稀磁氧化物的實際套用上取得突破。
結題摘要
本項目從材料設計理論入手，選擇多種過渡族元素(V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni)摻雜的寬禁帶氧化物CeO2體系為研究對象，通過對體系電子結構和態密度的計算，預測具有鐵磁性的摻雜體系，並從理論上分析其鐵磁性交換機制和起源問題，首次從理論上發現:在摻雜CeO2體系中磁性離子是通過氧空位產生的鐵磁性耦合，符合氧空位誘導鐵磁性交換耦合機制。在此理論的指導下，實驗上採用平衡(固相燒結)和非平衡(磁控濺射，脈衝雷射沉積)方法製備不同摻雜體系、不同濃度和共摻雜的CeO2基稀磁氧化物薄膜和塊材，通過改變工藝條件、後處理退火等手段，最終得到具有室溫鐵磁性的Ce0.97Co0.03O2-δ塊材和薄膜樣品，其居里溫度分別高達625K和760K。最後，採用四靶磁控濺射系統製備了具有不同中間層厚度的Ni(80nm)/Ceo.97Coo.o3O2-δ(dnm)/Co50Fe50(80nm)三層膜結構單元，並通過磁阻(MR)測試在d=5nm的樣品中得到室溫下5%的磁電阻，從而證明了Ce0.97Coo.o3O2材料的室溫自旋過濾功能，展現出CeO2基稀磁氧化物材料在自旋相關器件中巨大的套用前景。基於本項目研究工作的開展，共發表研究論文16篇，其中SCI檢索14篇。
