ZnO基稀磁半导体纳米纤维的制备及物性研究

论文摘要

氧化锌（ZnO）是具有高激子束缚能（60 meV）的宽带隙半导体（室温下约3.37 eV）。由于其特殊的压电、磁电、电光、声光等物性,而备受关注。最近几年来,稀磁半导体材料同时利用电子的电荷属性和自旋属性,具有优异的磁、磁光、磁电性能,使其在磁感应器、高密度非易失性存储器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景,已成为材料领域中新的研究热点。磁性离子掺杂的ZnO有可能成为此种功能的候选材料,实现光,电,磁的结合统一。在本论文中,我们合成了锰和钴掺杂的氧化锌的纳米纤维和纳米柱,主要研究了样品的磁学性质。我们利用溶胶-凝胶结合静电纺丝的方法制备了锰掺杂的氧化锌纳米纤维。在5 K和50 K时分别测量样品的磁学性质,观察到了磁滞回线,说明此时是铁磁性的。但在室温下,却只是观察到顺磁性,考虑到Mn3O4的转变温度是44 K,我们把室温下的顺磁性的产生归结于铁磁性和反铁磁性的竞争结果。比理论值小的很多的磁化率证明了反铁磁性的存在。利用静电纺丝结合后热处理的方法制备了链状的钴掺杂的氧化锌纳米柱。我们测量了不同氛围下的光致发光谱,得到了较强的紫外发光。我们成功获得了室温下的铁磁性,并在分析样品结构的基础上,利用束缚极化子模型解释磁性产生机理。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章：引言
• 1.1 ZnO 材料的基本性质
• 1.2 ZnO 材料的研究进展
• 1.2.1 ZnO 紫外激光的研究进展
• 1.2.2 ZnO 低维纳米结构的研究进展
• 1.2.3 ZnO 基稀磁半导体的研究进展
• 1.3 本论文的内容
• 第二章：氧化锌基稀磁材料的制备及其表征手段
• 2.1 材料制备系统
• 2.1.1 静电纺丝装置简介及原理
• 2.1.2 高温退火设备简介
• 2.2 材料表征系统
• 2.2.1 X 射线衍射谱
• 2.2.2 X 射线光电子能谱
• 2.2.3 透射反射谱
• 2.2.4 微区光致发光谱
• 2.2.5 拉曼光谱
• 2.2.6 超导量子干涉器件磁强计
• 第三章：Mn 掺杂的ZnO 纳米纤维的结构和物性研究
• 3.1 实验样品的制备
• 3.1.1 主要试剂
• 3.1.2 聚乙烯醇溶液的配制
• 3.1.3 前驱体溶液的配制
• 3.1.4 醋酸锌/PVA前躯体纤维的制备
• 3.1.5 前躯体纤维的热处理
• 3.2 Mn 掺杂的ZnO 纳米纤维的形貌和结构
• 3.3 Mn 掺杂的ZnO 纤维的X-射线光电子能谱
• 3.4 Mn 掺杂的ZnO 纤维的拉曼光谱
• 3.5 Mn 掺杂的ZnO 纤维的磁学性质
• 小结
• 第四章：Co 掺杂的ZnO 纳米柱的物性研究
• 4.1 实验样品的制备
• 4.1.1 主要试剂
• 4.1.2 样品制备过程
• 4.2 Co 掺杂ZnO 纳米拄的结构特性
• 4.3 Co 掺杂的ZnO 纤维的X-射线光电子能谱
• 4.4 Co 掺杂的ZnO 纤维的拉曼光谱
• 4.5 Co 掺杂ZnO 纳米柱的光学性质
• 4.6 Co 掺杂的ZnO 纳米柱的磁学性质
• 小结
• 第五章：结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及作情况