【摘 要】
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自旋电子学作为一门新兴的物理学学科领域,在半导体与磁性的结合方面奠定了较为成熟的理论基础。随着自旋电子学的广泛研究,发现诸如Zn O、Sn O、Cu O与Ni O等氧化物半导体具有一定的稀磁特性。在锡的氧化物中,Sn O2和Sn O因其在太阳能电池、显示器、光电传感器和透明薄膜晶体管等光电器件中的潜在应用而备受关注。很多学者已经对Sn O的电导率进行了研究,磁学特性作为自旋电子学的另一个方面,其调
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自旋电子学作为一门新兴的物理学学科领域,在半导体与磁性的结合方面奠定了较为成熟的理论基础。随着自旋电子学的广泛研究,发现诸如Zn O、Sn O、Cu O与Ni O等氧化物半导体具有一定的稀磁特性。在锡的氧化物中,Sn O2和Sn O因其在太阳能电池、显示器、光电传感器和透明薄膜晶体管等光电器件中的潜在应用而备受关注。很多学者已经对Sn O的电导率进行了研究,磁学特性作为自旋电子学的另一个方面,其调节机制也有待进一步深入研究。本论文以操作简便、成本低廉的一步水热反应法分别成功制备了Cr与Mg掺杂的Sn O,然后使用XRD、SEM、TEM、拉曼技术、XPS以及SQUID对制备的材料进行了深入的分析,最后提出了Sn O的磁性起源与调控机制。在100℃水热温度下,我们采用水热法成功合成了掺Cr的Sn O。XRD图谱证实了Cr离子成功地进入到Sn O晶格而没有发生磁性聚集,Cr离子的引入通过在晶格不同位置(CrSn或Cri)而引起晶格畸变并进一步影响到体系中氧空位(VO)的含量。FESEM和TEM研究表明,掺Cr的Sn O具有典型的纳米片结构。紫外-可见光谱分析表明,随着Cr离子掺杂浓度的增加,Sn1-xCrxO的带隙先减小后增大。纯的Sn O和Sn1-xCrxO(x>0)均表现出RTFM特性,我们将Sn O的磁起源归因于VO缺陷,而且其可以通过Cr掺杂来进行调控。我们利用水热法合成了不同Mg掺杂浓度且具有室温铁磁性的Sn O纳米粉末。SEM和TEM显示所制备的Sn1-xMgxO的微观单元是由不规则纳米片互相交错穿插形成的纳米微球。随着Mg掺杂浓度的增加,可以看到基本的不规则纳米薄片逐渐演化为规则的正方形薄片,而且纳米薄片的穿插聚集情况也逐渐退化。综合SEM与XPS的测试结果,我们得知Sn O材料随着Mg掺杂浓度的增加,氧空位缺陷减少,同时纳米片层的增大有效提高了材料的空气暴露机会,利于吸附更多环境中的氧。随着Mg掺杂浓度的增大,材料的饱和磁化强度逐渐减小。我们把纯Sn O的磁性归因于本征氧空位。结合间接双交换原理,一个VO可以贡献两个未成对的电子与较大的局域态电子轨道,使得Sn2+自旋获得铁磁有序状态进而对磁性进行了有效的调控。掺Cr与Mg的Sn O的一系列优异物理性能和制造优势使其成为自旋电子学领域中具有巨大潜在价值的材料。
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