《ZnO基單相多鐵材料的同步輻射研究》是依託中國科學技術大學，由閆文盛擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO基單相多鐵材料的同步輻射研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：閆文盛
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
兼有鐵電和鐵磁兩種屬性的單相多鐵材料是研製集光、電、磁特性於一體的下一代多功能自旋電子學器件的重要材料，為實現信息的處理、存儲和傳輸的一體化同時進行提供了物質基礎。製備出具有強磁電耦合的室溫單相多鐵材料及了解其磁電耦合機理，是當前需要解決的首要問題。本項目利用脈衝雷射沉積法共摻雜過渡金屬元素，在ZnO中分別產生鐵磁和鐵電單元，並通過引入雜質(Li+)和缺陷(氧空位)調控相互間的磁電耦合效應，製備出與Si工藝相兼容的具有強磁電耦合效應的ZnO基室溫單相多鐵材料。利用XAFS技術對微結構(電子結構和局域結構)的敏感性，結合SQUID、鐵電儀、高分辨電鏡等測量手段及第一性原理計算，研究引入雜質和缺陷前後磁性離子的微結構與樣品的鐵磁和鐵電變化規律，建立兩者之間的內在聯繫，從實驗和理論上認識鐵電、鐵磁和磁電耦合效應產生以及可被調控的微觀機理，為實現單相多鐵材料的可控制備和性能調控提供新方法和新機理。
結題摘要
利用XAFS、XRD、EPR、HRTEM和SQUID 等技術結合密度泛函理論(DFT)計算,研究了（Co,M）共摻雜ZnO(M=Cr,Cu,Li)納米薄膜、 Co摻雜ZnO和Co3O4量子點以及MoS2和Fe2O3二維薄片體系的結構和磁性及其相互關係。在（Co,M）/ZnO(M=Cr,Cu,Li) 體系中，在共摻雜前，Co原子以替代Zn原子的替代位和金屬Co團簇兩種形式存在。共摻雜Cr原子後，樣品中的Co團簇消失，摻雜的Co原子只以替代位的形式分布在ZnO基體中。與之相反，共摻雜Cu/Li原子後，樣品中的Co團簇含量顯著增加。Co摻雜ZnO/ZnS殼核結構中，通過外延生長ZnS半導體材料，實現了Co摻雜ZnO量子點中的Co離子間磁相互作用從反鐵磁轉變成鐵磁性。第一性原理計算進一步表明在這種殼核結構中，外延的殼結構只能使距量子點表面1.2nm以內區域的Co離子間磁性相互作用從反鐵磁轉變成鐵磁性，與實驗獲得的飽和磁化強度相一致。在Co摻雜ZnO與石墨烯雜化體系中，Co摻雜ZnO量子點與石墨烯之間存在劇烈的電子相互作用，並導致了大量氧空位（VO）的產生。第一性原理和XANES結果表明，VO選擇性地存在於CoZn的最近鄰形成CoZn+VO複合體。CoZn+VO複合體的形成拓寬了Co2+空t2g少數態，並在導帶底引入了雜質能級t2g-VO，導致了Co摻雜ZnO與RGO雜化結構中Co2+之間的室溫鐵磁相互作用。在MoS2納米片體系中，提出了通過相摻雜來誘導其具有室溫鐵磁性的策略。在實驗上，通過“兩步合成法”，在2H相的MoS2 納米片中引入硫空位，它能將周圍呈八面體配位的Mo原子轉變為三角稜柱的配位，從而實現將1T相的MoS2摻雜到2H相的MoS2 納米片中。XAFS和第一性原理計算表明1T相中的Mo離子在費米面附近引入的間隙態是導致MoS2半導體納米薄片具有高居里溫度的根本原因。
