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锰、钴掺杂铌酸锂的局域结构与铁磁性能研究

作　者: 陈崇
导　师: 曾飞
学　校: 清华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: LiNbO3 离子注入 Mn Co 室温铁磁性
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 51次
引　用: 1次
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内容摘要


在半导体和铁电体中掺杂磁性元素,是自旋电子学和多铁性研究的热点,人们都在试图找到具有磁性的新型半导体或者铁电体材料。铌酸锂在非线性光学、声表面波器件等方面都有广泛的应用,光学带隙和GaN、ZnO相当,被誉为光学中的“硅”材料,因此研究掺杂铌酸锂的磁性在理论和实际上都有重要的意义。本文采用高能离子注入的方法制备了具有室温铁磁性的Mn、Co掺杂同成分铌酸锂,研究了掺杂浓度,退火,基片切型和掺杂元素对铌酸锂局域结构和磁性的影响,取得了如下研究结果:制备了掺杂含量（原子百分比）分别为1%,2%,3%,4%,5%的Mn掺杂LiNbO3。通过X射线吸收精细结构谱（XANES）和多重散射第一性原理计算分析证明,证明Mn离子进入了晶格后取代Li位,且沿着c轴方向移动了0.10（A|°）。通过交变梯度磁强计（AGM）表征表明掺杂后的样品具有室温铁磁性,观察到了2.94μB/Mn,2.65μB/Mn,5.20μB/Mn,0.69μB/Mn,0.84μB/Mn的室温磁矩。对不同取向的LiNbO3基片中Mn掺杂的磁性研究发现,注入剂量为3at.%时,（104）、（012）、（001）取向基片的饱和磁矩比值约为1:0.25:0.1。制备了Co含量分别为2%,3.5%和5%的掺杂LiNbO3。通过XANES分析和理论模拟证明Co离子进入晶格取代Nb位;通过振动磁强计（VSM）和超导量子磁测量系统（SQUID）测量面内磁滞回线,所掺杂的铌酸锂均具有室温铁磁性。研究了退火处理对原子磁矩的影响,发现200℃,3.0×10-4Pa下进行真空回复退火后,单能量注入Co（3.5%）: LN（为表达方便,将LiNbO3简写为LN）中达到了4.9B/Co。Mn、Co掺杂铌酸锂均属于室温稀磁绝缘体,采用第一性原理计算和唯像的结构模型分析了所掺杂的铌酸锂磁性的起源。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 铌酸锂晶体基本结构与性质  8-14
    1.1.1 Li_2O-Nb_2O_5 二元体系相图概述  8-9
    1.1.2 铌酸锂的晶体结构  9-12
    1.1.3 铌酸锂的基本性质  12-14
  1.2 铌酸锂的掺杂工程  14-17
    1.2.1 掺杂方法和掺杂位点的研究  15
    1.2.2 光学掺杂  15-16
    1.2.3 磁学和电学掺杂  16-17
  1.3 稀磁材料和多铁材料  17-19
    1.3.1 稀磁材料和自旋过滤效应  17
    1.3.2 多铁材料及磁电效应  17-19
  1.4 本论文的思路及内容  19-20
第2章 实验原理与方法  20-28
  2.1 Mn 和Co 掺杂LiNbO_3 单晶的制备  20-24
    2.1.1 离子注入技术  21-23
    2.1.2 注入样品的回复退火  23-24
  2.2 表征方法  24-28
    2.2.1 表面形貌分析  24
    2.2.2 成分分析  24
    2.2.3 微结构表征  24-26
    2.2.4 磁性表征  26-28
第3章 Mn 掺杂对LiNbO_3局域结构和铁磁性的影响  28-47
  3.1 多能量Mn 掺杂LiNbO_3(104)单晶的结构表征  28-40
  3.2 多能量Mn 掺杂LiNbO_3(104)单晶的磁性及起源机制探讨  40-43
  3.3 基片取向对Mn 掺杂LiNbO_3 单晶磁性的影响  43-45
  3.4 本章小结  45-47
第4章 钴掺杂对铌酸锂局域结构和铁磁性的影响  47-61
  4.1 单能量Co 掺杂LiNbO_3(104)单晶的局域结构及磁性  47-57
    4.1.1 单能量Co 掺杂LiNbO_3(104)单晶的局域结构  47-55
    4.1.2 单能量Co 掺杂LiNbO_3(104)单晶的磁性研究  55-56
    4.1.3 退火处理对局域结构和磁性的影响  56-57
  4.2 多能量Co 掺杂LiNbO_3(104)单晶的局域结构及磁性  57-58
  4.3 多能量Co 掺杂LiNbO_3(104)和(006)单晶的局域结构及磁性  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章 结论  61-62
参考文献  62-67
致谢  67-68
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 功能材料
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