La掺杂对磁控溅射CaB6薄膜的影响

利用直流磁控溅射的方法制备掺La和未掺La的Ca_1-xLa_xB₆ (x = 0, 0.01, 0.02, 0.03)薄膜。利用原子力显微镜对薄膜的表面形貌及厚度进行表征。掺La的薄膜的厚度约为未掺杂的两倍; La的掺杂会使薄膜的晶粒尺寸变大。利用X射线光电子能谱对薄膜表面的化学组成进行检测。薄膜中Ca/La比接近理论值, 没有检测到其它的铁磁性杂质及元素, 尤其是Fe。Ca_0.98La_0.02B₆薄膜具有最大的室温饱和磁化强度, 强度值为84.54 emu/cm³。同时薄膜的饱和磁化强度值随薄膜厚度的增加而降低。在Ca_1-xLa_xB₆薄膜中, B₆空位是薄膜磁性的主要来源, 其它类型的缺陷例如晶界等, 同样影响着薄膜磁性的大小。     

La和Nb共掺提高BiFeO3的磁学性能

采用溶胶-凝胶法成功制备了Bi_(1-x)La_xFe_(0.99)Nb_(0.01)O_3(x≤0.25)纳米颗粒样品,并研究了La和Nb共掺对BiFeO_3样品的晶体结构、晶粒尺寸和磁学性质的影响。根据X射线衍射及Rietveld精修结果可知,所有样品都保持R3c空间结构,且Fe-OFe键角随着La掺杂量的增加而减小。XPS测试结果表明,La和少量Nb共掺不会引起样品中Fe~(3+)和Fe~(2+)含量的明显变化。磁性测量发现剩余磁化强度强烈依赖于La掺杂量x。La掺杂影响着反向旋转的FeO_6八面体结构变化,而Nb离子掺杂会导致样品晶粒细化。共掺BiFeO_3的磁性增强是两种影响机制协同作用的结果。     

超薄Ni81Fe19薄膜的各向异性磁电阻及磁性能

利用磁控溅射方法制备了一系列超薄Ta(5nm)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)磁性薄膜。着重研究了基片温度、缓冲层厚度对Ni81Fe19薄膜各相异性磁电阻(AMR)及磁性能的影响。利用X射线衍射仪分析了薄膜结构、晶粒取向;用四探针技术测量了薄膜的电阻率和各向异性磁电阻;用FD-SMOKE-A表面磁光克尔效应试验系统测量了薄膜的磁滞回线。结果表明:在基片温度为400℃时制备的Ni81Fe19薄膜具有较大的各向异性磁电阻效应和较低的磁化饱和场,薄膜最大各向异性磁电阻为3.5%,最低磁化饱和场为739.67A/m。基片温度为500℃制备的薄膜,饱和磁化强度Ms值最大。随着缓冲层厚度x的增加,坡莫合金薄膜的AMR值先变大后减小,在x=5nm时达到最大值。     

铁电相BiFeO3对多铁复合薄膜CoFe2O4-BiFeO3铁磁性能的影响

为了研究铁电相BiFeO₃对复合薄膜磁性能的影响,在LaNiO₃ (LNO)缓冲层的Si (100)衬底上旋涂制备了含有0、6、9、10层等不同厚度BiFeO₃的层状CoFe₂O₄-BiFeO₃ (CFO-BFO) 多铁复合薄膜。采用XRD、SEM以及TEM对其结构和形貌进行了表征,采用振动样品磁强计测量磁性,研究了不同厚度BFO对复合薄膜磁性的影响。结果表明: CFO和BFO在异质结构薄膜中共存。缓冲层LNO和铁磁相CFO薄膜具有精细微观结构及明显界面。铁电相BFO的厚度对CFO-BFO复合薄膜的磁性能产生了很大影响。在含有不同层数铁电相BFO的复合薄膜中,含有9层BFO复合薄膜的饱和磁化强度最大,达到了230 emu·cm^-3,相比无铁电相BFO的薄膜,饱和磁化强度提高了18.6%。初步讨论认为: 随着铁电相BFO厚度的增加,CFO与BFO之间的应力传导引起了复合薄膜饱和磁化强度的提高。     

镍锌铁氧体薄膜的显微结构和低温磁性质

通过溶胶凝胶甩膜工艺,在抛光的硅晶片(100)基底上制备出Ni0.5Zn0.5Fe2O4(NZF)薄膜并对其结构和磁性的测量结果进行了分析。薄膜表面平整,具有较好的单相结构,其颗粒平均粒径约30nm。制备的NZF薄膜厚度分别约90、120和180nm。实验结果表明,薄膜在低温下表现出自旋玻璃态行为。当外加磁场为7.96×103A/m时,NZF薄膜自旋冻结温度大约在Tf=140K,自旋冻结程度随薄膜厚度增加而降低。在40~300K之间,薄膜饱和磁化强度和矫顽力都随着温度增加而降低。NZF薄膜在T=40K处存在最大磁化强度。较薄薄膜在40K以下饱和磁化强度的降低是因为磁性颗粒表面自旋被部分冻结而导致的磁性离子相互间自旋耦合作用减弱的结果。     

质子辐照对Yb掺杂ZnO稀磁半导体薄膜缺陷与磁性的影响

采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积法制备了Yb掺杂ZnO薄膜, 并采用不同剂量质子对薄膜进行了辐照实验, 重点采用X射线衍射、光电子能谱、正电子湮灭图谱和磁测量系统对Zn_0.985Yb_0.015O薄膜的缺陷和磁性能进行了研究。磁性测试结果表明: Zn_0.985Yb_0.015O薄膜经质子辐照后其饱和磁化强度随辐照剂量的增加逐渐增大, 当辐照剂量为6 × 10¹⁵ ions/cm²时, 其饱和磁化强度达到最大, 随着辐照剂量的进一步增加, 其饱和磁化强度反而变小。正电子湮灭图谱结果显示薄膜中主要存在锌空位相关的缺陷, 并且锌空位相关的缺陷随辐照剂量的变化与饱和磁化强度随辐照剂量的变化相一致。本研究从实验上揭示了在含有各种缺陷的Yb掺杂ZnO薄膜中, 锌空位缺陷是影响质子辐照Zn_0.985Yb_0.015O薄膜磁性的主要原因。     

CaSi氧化物对Sr_(1-x)La_xFe_(11.6-x)Co_xO_(19)六角铁氧体晶粒形貌及磁性能影响研究

基于传统陶瓷工艺制备Sr1-x Lax Fe11.6-x Cox O19样品,重点研究CaSi氧化物对Sr1-x Lax Fe11.6-x Cox O19预烧料晶粒形貌及磁性能的影响。采用XRD、SEM和VSM分析样品的结构特征、微观形貌及磁特性。微观形貌分析的结果表明CaSi氧化物可以有效调控预烧料的晶粒形貌,通过优化CaSi氧化物的含量,能够得到理想的微观形貌及高的Mr/Ms。当掺杂量x=0.2时,加入0.15wt%CaCO3和0.2wt%SiO2的添加剂,饱和磁化强度(σs)和矫顽力(HcJ)比未加入CaSi氧化物时分别提高4.76%和6.2%,样品的Mr/Ms在掺杂范围内均有所提高。     

Sn掺杂对Ca_2Si基半导体材料热电性能的影响

采用钽管封装熔炼和热压烧结技术制备了Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0,0.02,0.04,0.06)热电材料。利用X射线衍射(XRD)对样品的物相结构进行了表征,XRD结果表明,Ca_2Si_(1-x)Sn_x块体材料的XRD图谱与Ca_2Si的XRD图谱对应一致,但所有样品中都出现Ca_5Si_3衍射峰。当掺杂量Sn为0.06时,样品Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.06)的XRD图谱中还出现了CaSn3相。在室温下测试了样品的霍尔系数,在300~873K温度范围内研究了Sn掺杂对Ca_2Si电导率和Seebeck系数的影响,随着Sn掺杂浓度的增加,电导率逐渐增大,Seebeck系数则减小。分析了Sn掺杂对Ca_2Si晶格热导率和热导率的影响,Sn掺杂浓度为x=0.02和x=0.04时,晶格热导率减小,从而对热导率有所优化,其中Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)的热导率得到明显地改善,在300~873K温度范围内,其热导率都低于Ca_2Si的热导率。在550~873K温度范围内,Ca_2Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)表现了较高的ZT值,873K时的最大ZT值为0.22。     

La空位和Sr离子掺杂对La-Ca-MnO材料磁性能的影响

用溶胶-凝胶法制备了La位空位掺杂La_(0.7-x)Ca_(0.28)Sr_(0.02)MnO_3(x=0.00~0.10)系列样品和Sr离子掺杂La_(0.77-x)Ca_(0.2)Sr_xMnO_3(x=0.00~0.10)系列样品,研究了La位空位掺杂和Sr离子掺杂对样品相结构、居里温度和磁熵变的影响。结果表明,两个系列样品都在近室温有较大磁熵变,对于钙钛矿La-Ca-MnO_3型材料,在La位含少量空位的基础上进行Sr离子掺杂,对居里温度和磁熵都有较积极的调节作用。     

La掺杂对TiO_2薄膜性能的影响

用溶胶-凝胶法制备TiO2以及La掺杂TiO2的前驱体凝胶,将其均匀旋涂不同层数制备出不同厚度的薄膜,研究了La掺杂对TiO2薄膜结晶性能,表面形貌,光学特性和亲水性能的影响.结果表明:在500℃可以获得结晶性良好的锐钛矿相TiO2薄膜;随着La掺杂量的增加,薄膜中TiO2晶粒会变大,同时引起紫外可见光谱中吸收边的蓝移.掺La的TiO2薄膜经紫外照射后其接触角明显高于未掺杂样品,主要原因是到达表面的活性载流子相对减少.一方面,大的TiO2晶粒使得光生载流子到达光催化表面的路程变长,电子一空穴对的复合几率也随之变大;另一方面,未完全替代Ti的La可能成为光生电子一空穴对的复合中,因此,通过La的掺杂可以有效调节TiO2晶粒尺寸和光致接触角. 能,表面形貌,光学特性和亲水性能的影响.结果表明:在500℃可以获得结晶性良好的锐钛矿相TiO2薄膜;随着La掺杂量的增加,薄膜中TiO2晶粒会变大,同时引起紫外可见光谱中吸收边的蓝移.掺La的TiO2薄膜经紫外照射后其接触角明显高于未掺杂样品,主要原因是到达表面的活性载流子相对减少.一方面,大的TiO2晶粒使得光生载流子到达光催化表面的路程变长,电子一空穴对的复合几率也随 变大;另一方面,未完全替代Ti的La可能成为光生电子一空穴对的复合中,因此,通过La的掺杂可以有效调节TiO2晶粒尺寸和光致接触角     

La和Nb共掺提高BiFeO3的磁学性能

采用溶胶-凝胶法成功制备了Bi1-xLaxFe0.99Nb0.01O3(x≤0.25)纳米颗粒样品,并研究了La和Nb共掺对BiFeO3样品的晶体结构、晶粒尺寸和磁学性质的影响.根据X射线衍射及Rietveld精修结果可知,所有样品都保持R3c空间结构,且Fe-O-Fe键角随着La掺杂量的增加而减小.XPS测试结果表明,La和少量Nb共掺不会引起样品中Fe3+和Fe2+含量的明显变化.磁性测量发现剩余磁化强度强烈依赖于La掺杂量x.La掺杂影响着反向旋转的FeO5八面体结构变化,而Nb离子掺杂会导致样品晶粒细化.共掺BiFeO3的磁性增强是两种影响机制协同作用的结果.     

Yb掺杂Ca_(1-x)R_xF_(2+x)(R=La,Gd)激光晶体的结构与光谱性能参数的研究

采用坩埚下降法生长了两个系列晶体3at%Yb:Ca_(1-x)R_xF_(2+x)(R=La,Gd;x=0,0.01,0.03,0.06,0.09),测试了晶体的XRD、拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命。系统地研究了调剂离子La~(3+)、Gd~(3+)对Yb:CaF_2晶体晶格常数、拉曼光谱和光谱性能的影响规律,分析讨论了Yb~(3+)离子的结构与光谱性能之间的关系。研究结果表明,随着La~(3+)、Gd~(3+)掺杂浓度增加,晶体的晶格常数和拉曼半高宽都逐渐增大,这说明晶体膨胀和晶格振动模式种类增多。在3at%Yb:Ca_(1-x)La_xF_(2+x)晶体中,当调剂离子La~(3+)掺杂浓度为6at%时,具有最大吸收截面0.71×10-20 cm~2,荧光强度也最大;而在3at%Yb:Ca_(1-x)Gd_xF_(2+x)晶体中,当调剂离子Gd~(3+)掺杂浓度为3at%时,荧光强度最大,Gd~(3+)掺杂浓度为6at%时,具有最大吸收截面0.64×10~(-20) cm~2。共掺晶体相比于单掺3at%Yb:CaF_2晶体有更好的光谱参数。综上可知,通过调节La~(3+)、Gd~(3+)离子浓度,可以改变Yb~(3+)离子的结构,优化晶体的光谱性能。     

La空位掺杂对La-Ca-Sr-MnO_3磁热性质的影响

用溶胶-凝胶法制备了不同空位掺杂的系列样品La_(0.7-x)Ca_(0.28)Sr_(0.02)MnO_3,研究了La~(3+)空位浓度对样品居里温度和磁热效应的影响。结果表明,在La位掺入少量空位(x0.06),可以实现将样品的居里温度有效调整至室温,同时也促进了样品磁熵变的提高。当La空位掺杂x=0.06时,与未空位掺杂样品相比,居里温度由227 K提高到264 K,近室温,其磁熵变值为3.01 J·kg-1·K-1(外加磁场1 T)。该系列样品在室温附近,较低磁场下,有较强的磁制冷能力。     

掺杂对BiFeO3薄膜电、磁特性影响综述

随着科技的高速发展,多铁性材料已经成为传感器、微波器件、数据存储、自旋电子学及太阳能电池等领域的研究热点,在智能材料与器件方向显示出可观的应用潜力。BiFeO_3及其衍生的一系列材料Bi_(1-x)AxFeO_3(A=La,Nd,Sm)、BiFe_x B_(1-x)O_3(B=Ni,Mn,Co)的发现使得多铁性材料获得了更迅猛的发展。这类材料属于单相钙钛矿氧化物型多铁材料,在室温以上同时具有铁电、压电、介电、电光、铁磁、光伏、磁电耦合、光催化等效应。BiFeO_3作为一种单相多铁性材料,与同类的多铁性材料相比,其具有较高的居里温度、尼尔温度以及较小的光学禁带宽度和较好的化学稳定性等特点。然而,在制备BiFeO_3的过程中,部分Fe~(3+)向Fe~(2+)转变,并且铋元素熔点较低容易挥发,产生大量的氧空位,造成漏电流较大,很难得到具有较高剩余极化强度的样品;并且BFO薄膜室温下弱的磁性等性质使其实际应用受到极大的限制。多年来国内外学者致力于改善制备条件和参数,使用更先进的制备方法,改用更合适的衬底材料及进行离子掺杂等,以制备多层复合薄膜。其中,离子掺杂对减小漏电流,提高铁电性及室温磁性方面的效果最为理想。各国研究者已经制备出比纯BiFeO_3材料性能更好的掺杂和复合BiFeO_3材料。在不同的位置掺杂多种元素较掺杂单一元素能更好地改善材料的性能。最新报道的采用溶胶-凝胶法制备的多个混合掺杂离子Bi_(0.88)Sr_(0.03)Gd_(0.09)Fe_(0.94)Mn_(0.04)Co_(0.02)O_3薄膜的剩余极化强度增加到108μC/cm~2,显著高于La、Mn、Zn等元素单掺杂得到的极化强度(69.47μC/cm2)。同时,掺杂BiFeO_3薄膜的磁化强度比纯BiFeO_3薄膜提高了3～4倍。这可能是源于:掺杂离子抑制Bi3+的挥发和Fe3+的还原,减小氧空位和缺陷浓度,从而减小漏电流,进一步改善BiFeO_3薄膜的铁电性能;掺杂离子也会导致结构的畸变而打破其螺旋磁结构,从而产生较强的室温磁性。本文首先简单介绍了BiFeO_3材料的结构及其掺杂元素的种类,然后讨论了A位、B位和AB位共掺杂离子对提高BiFeO_3薄膜弱的室温磁性以及减小漏电流、提高铁电性产生的影响,并进一步分析了产生影响的原因,最后提出了未来研究工作的方向。     

微弧氧化法制备磁性薄膜及其组成结构分析

以钛金属作衬底,FeSO4溶液为主要原料,采用微弧氧化法制备了磁性薄膜,薄膜的饱和磁化强度为77.7 A·m2/kg。探索了薄膜的形成工艺。运用IR、XRD、XPS和SEM等手段表征了磁性薄膜的组成和形貌,结果表明磁性薄膜主要由Fe3O4和(Fe2O3)x·2H2O晶体组成,表面比较光滑致密。简要推断了磁性薄膜的形成机理。     

La1-xSrxFeO3纳米微粉的微结构与磁性

为了研究La1-x Srx FeO3纳米微粉的成分及颗粒尺寸对其微结构及磁学性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备了不同颗粒尺寸、不同Sr含量的钙钛矿型La1-x Srx FeO3(x=0～0.3)纳米微粉,采用X射线衍射和振动样品磁强计对其结构与磁性进行了分析.分析表明,所制样品均具有正交钙钛矿结构;对于颗粒尺寸相近、Sr含量不同的样品,随Sr含量增加,晶格收缩;在具有不同颗粒尺寸的La1-xSrx FeO3(x=0.3)纳米微粉中,随着颗粒尺寸的减小,晶格膨胀;La1-x Srx FeO3(x=0～0.3)纳米微粒具有弱铁磁性,Sr含量的增加导致自发磁化强度下降,且随着颗粒尺寸的减小,La1-x Srx FeO3(x=0.3)纳米微粉的自发磁化强度增大;由Sr的替代以及颗粒尺寸减小引起的结构变化导致磁性的变化.     

N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法通过电离活化方式在石英和Si(100)衬底上制备了Co-N共掺ZnO薄膜,研究了N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响.实验观察到700℃、N2O压强为15Pa时生长的Co-N共掺ZnO薄膜显示室温磁滞回线.采用XRD、SEM、XPS、霍尔测试和SQUID等手段对样品进行了测试,结果表明,所得薄膜样品具有高度的c轴择优取向,XRD图谱中并没有发现Co、N的相关分相,Co、N原子分别以替代位形式CoZn、NO存在于薄膜中.霍尔测试和SQUID测试表明,Co-N共掺ZnO薄膜呈p型,具有室温磁滞效应.与Co掺杂ZnO薄膜相比,载流子浓度降低,同时,饱和磁化强度和矫顽力有很大提高,可见,N的掺入改变了Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的导电类型,并增强了磁性。     

对向靶溅射高饱和磁化强度(Fe,Ti)-N薄膜

本实验用对向靶溅射仪分别在S(100),NaCl单晶衬底上成功地制备出具有高饱和磁化强度的(Fe,Ti)-N薄膜,研究了氮气分压和衬底温度对薄膜结构与磁性的影响.氮气分压为0.04～0.07 Pa,衬底温度为100～150℃时,有利于Fe16N2相的形成,在此条件下制备的(Fe,Ti)-N薄膜的饱和磁化强度为2.3～2.46T,超过纯Fe的饱和磁化强度值.     

微波水热法合成纳米BaTiO3粉体的掺杂改性与性能研究

以正钛酸四正丁酯(C_(16)H_(36)O_4Ti)、Ba(OH)_2·8H_2O、NbCl_5和NaOH试剂为原料,利用微波水热法,制备了不同含量Nb掺杂的纳米BaTi_(1-x)Nb_xO_3(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06)粉体。然后,将纳米BaTi_(1-x)Nb_xO_3粉体压制成形并进行烧结处理,获得了不同含量Nb掺杂的BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等对纳米BaTi_(1-x)Nb_xO_3粉体的物相结构、表面形貌和晶粒尺寸进行分析,采用振动磁强计对BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷的烧结密度和磁性能进行分析。XRD和拉曼光谱分析表明,不同含量Nb掺杂的纳米BaTi_(1-x)Nb_xO_3(x=0,0.03,0.06)粉体具有四方特性;SEM形貌分析表明,纳米BaTi_(1-x)Nb_xO_3(x=0,0.03,0.06)粉体由粒径极细、分散性良好的球形颗粒组成,随着Nb含量的增加,粉体的颗粒尺寸也不断增加,其平均粒径分别约为60,90和120 nm;烧结密度研究表明,随着Nb含量的增加,BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷的烧结密度不断增大,当Nb含量为0.06时,BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷的烧结密度达到最大;磁性能分析表明,当Nb掺杂量为0.03时,BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷的剩余磁化强度最大(8.235μC/cm~2),且其矫顽力(5.762 kV/cm)与不掺杂Nb的BaTiO_3陶瓷(5.556 kV/cm)相差不大。因此,Nb掺杂量为0.03时,BaTi_(1-x)Nb_xO_3压电陶瓷的压电性能最优。     

偏压对直流磁控溅射Fe-N薄膜结构及性能的影响

为了揭示偏压对溅射态Fe-N薄膜磁学行为的影响规律及机理,采用直流磁控溅射工艺在不同偏压下制备了Fe-N薄膜.利用掠入射X射线衍射、小角X射线散射技术和振动样品磁强计研究了薄膜的相结构、厚度、表面粗糙度以及磁性能.结果表明,增加偏压有利于薄膜中非晶的形成,且随着偏压的增大,薄膜的厚度增加,表面粗糙度降低.Fe-N薄膜的磁性能表明,随着偏压的增加,薄膜的饱和磁化强度和矫顽力均有不同程度的减小.偏压的增加导致Fe-N薄膜由晶态向非晶态转变,从而引起磁性能的改变.