mn掺杂sno,2中铁磁耦合机理研究.doc

1、材料物理与化学专业毕业论文 精品论文 Mn 掺杂 SnO中铁磁耦合机理研究关键词：稀磁半导体 金红石结构 铁磁性 束缚磁极化子 半导体物理摘要：稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂 SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1

2、-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离

3、子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+

4、离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。正文内容稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文

5、主要研究了载流子对Mn 掺杂 SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，

6、随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu

7、 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空

8、穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=

9、0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显

10、著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚

11、磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作

12、概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的

13、样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量

14、进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁

15、磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射

16、线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO

17、2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb

18、后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0

19、.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K

20、（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu

21、 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛

22、地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、

23、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuz

24、O2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样

25、品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.

26、03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 S

27、b 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 S

28、n1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载

29、流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO

30、2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增

31、强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+

32、代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxC

33、uzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2

34、 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的

35、空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的 Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。稀磁半导体由于在自旋电子学领域具有潜在的应用价值，受到人们广泛地关注。而稀磁半导体中铁磁性的来源一直是困扰人们的问题，其中晶体缺陷及载流子是影响稀磁半导体铁磁性的两个主要因素。本论文主要研究了载流子对 Mn

36、 掺杂SnO2 稀磁半导体铁磁性的影响，主要工作概括如下： 利用固相反应法制备了 Sn1-xMnxO2（x=0.01，0.03，0.05） ，Sn1-x-yMnxSbyO2（x=0.01，0.03；y=0，0.005，0.02，0.04）和 Sn1-x-zMnxCuzO2（x=0.01，0.03，0.05；z=0.005，0.02）多晶样品。利用 X 射线衍射仪（XRD） 、X 射线光电子能谱（XPS）和物理性质测试系统（PPMS）对样品的结构、价态、电输运性质和磁性质进行了系统的研究。 多晶 Sn1-x-yMnxSbyO2 系列样品呈现出单一金红石结构，没有杂相生成，随着 Sb 含量的增加，

37、晶胞体积增大，铁磁性减弱。对于 x=0.03 的样品，居里温度由未掺杂Sb（y=0）时的 27 K 减小到 26.5 K（y=0.005） ，当掺杂量 y0.02 时，样品表现出顺磁性。而 Sb 的掺杂量为 y=0.04 时，由于样品中 Sb5+离子代替 SnO2 中Sn4+离子而产生大量电子，导致样品导电性显著增强。 为进一步研究空穴在铁磁耦合中的作用，我们在 Sn1-xMnxO2 中共掺杂 Cu 元素。电输运测量表明所有 Sn1-x-zMnxCuzO2 样品在室温均为绝缘体，而随着 Cu 含量的增加样品的铁磁性呈现出增强趋势：对于 x=0.03 系列样品，少量 Cu 掺杂（z=0.005）

38、时居里温度上升到 30.5 K；随着 Cu 含量进一步增加到 2时，居里温度增加到 40.0 K。 上述 Sb 和 Cu 掺杂 Sn1-xMnxO2 中的磁性可以用束缚磁极化子模型解释：在 Sn1-xMnxO2 样品中，Mn3+代替样品中 Sn4+离子产生局域化的空穴，周围的Mn3+以局域化的空穴为中心形成束缚磁极化子，极化子间有效半径发生交叠产生铁磁相互作用。当体系中掺入 Sb 后，Sb5+代替 Sn4+产生自由电子补偿掉样品中局域化的空穴，减少了样品中束缚磁极化子数目，导致铁磁性减弱。而当体系中掺入 Cu 后，Cu2+代替 SnO2 晶格中 Sn4+产生新的局域化空穴，增多的空穴与邻近的

39、Mn3+离子形成新的束缚磁极化子，从而使样品的铁磁性增强。特别提醒 ：正文内容由 PDF 文件转码生成，如您电脑未有相应转换码，则无法显示正文内容，请您下载相应软件，下载地址为 http:/ 。如还不能显示，可以联系我 q q 1627550258 ，提供原格式文档。“垐垯櫃 换烫梯葺铑?endstreamendobj2x 滌?U 閩 AZ箾 FTP 鈦X 飼?狛P? 燚?琯嫼 b?袍*甒?颙嫯?4)=r 宵?i?j 彺帖 B3 锝檡骹笪 yLrQ#?0 鯖 l 壛枒l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛渓?擗#?“?# 綫 G 刿#K 芿$?7. 耟?Wa 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 皗 E|?pDb 癳$Fb 癳$Fb癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$Fb 癳$F?責鯻 0 橔 C,f 薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵薍秾腵秾腵薍秾腵%?秾腵薍秾腵薍秾腵薍