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Mn~（2+）掺杂的Mg_xZn_（1-x）O粉末微结构及磁学、光学性质研究

作　者: 崔海涛
导　师: 刘玉学
学　校: 东北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: MgxZn1-xO Mn XRD SQUID 拉曼光谱吸收光谱光致发光光谱
分类号: O482
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文利用溶胶-凝胶法对Mg_xZn_1-xO进行了磁性掺杂,其中,Mg和Mn的掺杂浓度都是3 %。并且分别用X-射线衍射仪、拉曼光谱仪、超导量子干涉磁强计和光致发光光谱仪对样品进行了表征,致力于研究Mn2+掺杂对Mg_xZn_1-xO光学和磁学性质的影响。通过对XRD图谱分析,所有样品都呈现出六角纤锌矿结构。对于未还原的样品,除了出现了ZnO的衍射峰外,还在2θ= 29.95°和2θ= 43.17°的位置发现了两个衍射峰,经过比对得出前者属于ZnMn₂O₄的衍射峰,后者来源于MgO。还原之后的样品依然表现为纤锌矿结构,但是却没有出现ZnMn₂O₄、MgO的衍射峰。我们认为这和还原时引入的O空位（Vo）有关。经过计算,发现掺杂之后样品的晶格常数变大,说明Mn2+替代了Zn²⁺进入了晶格中。Mn掺杂通常会引入缺陷态,而XRD无法对缺陷进行表征,因此我们做了Raman测试。在Raman光谱中,未还原的样品在680 cm-1出现了ZnMn₂O₄的Raman峰,经过还原处理之后这个峰就消失了,这和XRD的结果一致,说明Mn²⁺进入了晶格中。另外,在526 cm-1处出现了一个较强的Raman峰,这是由于ZnO本体中的氧空位、锌间隙等缺陷引起的,还原后这个拉曼峰增强,说明经过还原处理确实使样品中的氧空位增多。在吸收光谱中,除了ZnO的吸收边外,在带尾处（410 nm）出现了一个明显的吸收峰,还原之后明显增强,这和其他文献报道的相一致。文献认为这是由于Mn离子掺杂引入的杂质能级引起的,进一步说明Mn离子进入晶格中,这与XRD的结果相一致。在PL光谱中,观察到了紫外和可见发光。通常情况下,紫外光和可见光强度之比可以反映样品的结晶性。通过计算,还原样品的比值远小于未还原的样品,说明还原后样品的结晶性变弱,这与Raman谱是一致的。通过磁性测量发现,未还原的样品并没有出现室温铁磁性,而还原之后的样品则出现了比较微弱的室温铁磁性。我们认为这是由于O空位引入而形成了Mn²⁺-Vo-Mn²⁺超交换作用而引起的。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
第一章引言  8-15
  1.1 自旋电子学概念及研究背景  8
  1.2 稀磁半导体概述  8-10
    1.2.1 稀磁半导体的基本概念及分类  8-9
    1.2.2 稀磁半导体的磁性机制  9-10
  1.3 ZnO 半导体简述  10-12
    1.3.1 ZnO 半导体的结构  10-11
    1.3.2 ZnO 基稀磁半导体的研究进展  11-12
  1.4 Mg_xZn_(1-x)O 合金的基本特性及研究进展  12-13
    1.4.1 Mg_xZn_(1-x)O 合金的结构性质  12-13
    1.4.2 Mg_xZn_(1-x)O 合金的研究进展  13
  1.5 本文的立题思想  13-15
第二章样品的制备及其分析表征方法  15-20
  2.1 实验试剂及实验仪器  15
  2.2 样品的制备过程  15-16
  2.3 样品的表征方法  16-20
    2.3.1 X 射线衍射谱(XRD)原理  16
    2.3.2 吸收光谱  16-17
    2.3.3 光致发光光谱  17
    2.3.4 超导量子干涉磁强计  17-19
    2.3.5 拉曼光谱  19-20
第三章 Mn~(2+)掺杂对Mg_xZn_(1-x)O 粉末结构、磁学和光学性质的影  20-32
  3.1 样品浓度的选择  20-22
  3.2 Mn_(0.03)Mg_(0.03)Zn_(0.94)O 样品的结构性  22-25
    3.2.1 XRD 数据分析  22-23
    3.2.2 拉曼光谱分析  23-25
  3.3 Mn 掺杂样品的磁学性质研究  25-28
  3.4 Mn 掺杂的样品的光学性质研究  28-30
    3.4.1 Mn 掺杂的样品吸收光谱分析  28-29
    3.4.2 样品的光致发光光谱分析  29-30
  3.5 本章小结  30-32
第四章结论  32-33
参考文献  33-36
致谢  36-37
在学期间公开发表论文情况  37

Mn~（2+）掺杂的Mg_xZn_（1-x）O粉末微结构及磁学、光学性质研究

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