TiO2基稀磁半導體的制備及室溫鐵磁性研究.pdf

1、稀磁半導體材料所產生的室溫鐵磁性作為近年來研究的一種新的磁現(xiàn)象。它突破了傳統(tǒng)半導體材料只利用電子電荷自由度來運輸和處理信息的瓶頸，實現(xiàn)了半導體可以同時利用電子電荷自由度和自旋自由度集于一起的新型半導體材料?？墒窍〈虐雽w材料中室溫鐵磁性的來源機理尚不明確，有研究者認為鐵磁性的產生是由摻雜的過渡金屬離子所產生的，也有研究者認為是形成的缺陷所產生的本征室溫鐵磁性。對于稀磁半導體材料中室溫鐵磁性的研究無論從理論上、實驗上還是未來的技術應用上都

2、是一個極具挑戰(zhàn)性的基礎研究工作?；谝陨蠁栴}的提出，為了更好的認識室溫鐵磁性，本論文主要通過兩個方面來研究稀磁半導體材料中的室溫鐵磁性，一方面研究稀磁半導體材料中室溫鐵磁性的本征性和非本征性;另一方面初步研究稀磁半導體材料中室溫鐵磁性的來源機理，主要研究結果如下:
　　1.采用溶膠凝膠法制備了純的TiO2納米顆粒。通過X射線衍射(XRD)測試表明，TiO2樣品均為純的銳鈦礦相結構，隨著退火溫度的提高樣品的結晶度變的更好。掃描電子顯

3、微鏡(SEM)對樣品的表面形貌觀察可知，納米顆粒形貌整潔均為均勻的小圓球，顆粒具有良好的分散性。震動樣品磁強計(VSM)測試表明TiO2樣品在室溫下均有明顯的磁滯現(xiàn)象產生，并且隨著退火溫度的提高樣品的飽和磁化強度有所增加。X射線光電子能譜(XPS)測試結果認為，TiO2納米顆粒退火之后Ti2p和O1s結合能峰位均向較高結合能方向發(fā)生位移，并且隨著退火溫度的升高峰位移動越大，這可以肯定樣品在退火的過程中有氧空位的生成。根據(jù)以上測試研究表明

4、，TiO2樣品中室溫鐵磁性的來源主要是因為在退火的過程中一少部分的四價態(tài)鈦離子3d軌道有電子的填充，使得四價態(tài)鈦離子向低價態(tài)鈦離子轉變，TiO2樣品中三價態(tài)鈦離子和二價態(tài)鈦離子之間發(fā)生電子轉移相互作用，從而產生室溫鐵磁性。
　　2.采用溶膠凝膠法制備了Co，Ni摻雜的TiO2稀磁半導體納米顆粒，并對其微觀結構、表面形貌以及磁學性能進行了研究。對于低濃度的Co，Ni摻雜TiO2樣品，X射線衍射和高分辨透射電鏡均沒發(fā)現(xiàn)其他相物質的生成

5、;對于高濃度Co，Ni摻雜的TiO2樣品，X射線衍射分別探測到了CoTiO3和NiTiO3的存在。通過磁學測量表明，在相同的外磁場下，高濃度摻雜的樣品磁化強度增加，但較高的Co，Ni摻雜可能會形成更多填隙離子和順磁性物質，從而減少了氧空位濃度，最終使材料的剩余磁化強度和矯頑力降低。
　　3.采用溶膠凝膠法制備了不同濃度Co摻雜的TiO2納米顆粒，所制備的樣品均為銳鈦礦相結構。3.5mol％摻雜的樣品在室溫下有明顯的磁滯曲線，并且在