稀磁性半导体研究进展

由磁性离子部分地代替非磁性阳离子所形成的稀磁性半导体,因其具有很多独特的性质而受到人们的广泛关注.本文主要介绍了稀磁性半导体的研究背景、研究过程、现状及其发展前景,并以Y.Matsumoto等所做的研究为例,介绍了此类材料的制备、研究方法以及技术中存在的缺陷.     

双层亚铁磁磁性薄膜的磁矩研究

采用Heisenberg模型,利用线性自旋波近似和格林函数技术研究双层亚铁磁薄膜的磁矩,分析自旋量子数、层间交换耦合、各向异性参数及温度对双层亚铁磁薄膜磁矩的影响.零温时,层内交换耦合和各向异性不影响薄膜的磁矩.低温时（温度小于等于居里温度的三分之一）,当两格点的自旋量子数相等时,薄膜的磁矩不受层间交换耦合的影响,但随各向异性的增加而增加;当两格点的自旋量子数不等时,薄膜的磁矩随层间交换耦合和各向异性的增加而增加.零温时,两格点的自旋偏差（或量子波动）相等.     

FexPt100-x薄膜的磁性能研究

用直流磁控溅射方法和原位退火工艺在玻璃基片上制备了FexPt100-x纳米膜.研究发现Fe含量对FePt纳米膜的磁特性有很大的影响.矫顽力和△H随Fe含量的增加而增大.当x=48时,矫顽力Hc达到了1040 kA/m,样品出现很好的有序化L10织构;△H取得最大值,颗粒间相互作用最小.FexPt1-x薄膜的矩形比S随着x的增加而增大,x>46时S值接近1,在一定程度上表明了此时读出信号强度较大;开关场分布SFD的变化情况刚好与此相反,Fe48Pt52获得的SFD值近似等于0.8,说明转变位置波动弱,来自转变的信号噪音低.     

非晶CoZrNb磁性薄膜的研究

研究溅射条件和旋转磁场热处理对CoZrNb薄膜结构和性能的影响。结果表明,高的溅射功率和合适的氩气压强对非晶CoZrNb薄膜的形成有用,并且这些薄膜的矫顽力较小。旋转磁场热处理将改善薄膜的软磁性能,使得矫顽力进一步减小。对溅射条件对薄膜性能的影响机制和旋转磁场热处理改善薄膜性能的机制作了简要的讨论。     

Mn及其它元素共掺杂对稀磁半导体形貌和磁性的影响

采用水热法,以3 mol/L KOH为矿化剂,填充度35%,温度430℃,通过添加适量比例的MnCl2及CoCl2、CuCl2、SnCl2等作为前驱物,合成了稀磁半导体晶体.与单独掺杂Mn离子的稀磁半导体相比,共掺杂除了对晶体形貌产生较大影响外,并没有使室温磁性有所增加.     

直流和射频反应溅射CoTiO_2薄膜研究

通过直流对靶反应溅射和射频反应溅射工艺制备了系列磁性金属Co掺杂TiO2薄膜样品.通过原子力显微镜和磁力显微镜研究掺杂样品的结构,利用振动样品磁强计研究系列样品的磁性能,对比不同反应溅射方法制备薄膜的性质和结构.经研究发现,射频溅射法制备的样品表面致密程度优于直流溅射法,薄膜表面十分光滑,结构致密,饱和磁化强度略强,薄膜磁性的方向各向异性明显.     

快速热处理的[Fe/Pt]n薄膜的结构和磁性

采用直流磁控溅射方法在Si基片上制备[Fe/Pt]_n薄膜,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析薄膜的组分、结构和磁性。研究结果表明：[Fe/Pt]_n薄膜经过600 ℃快速热处理,得到了L1₀-FePt薄膜。对于[Fe (x nm)/Pt (0.5 nm)]_n薄膜,当Fe层厚度为0.7 nm时,薄膜的有序度最大,平行膜面和垂直膜面的矫顽力均最高;对于不同调制周期的[Fe/Pt]_n薄膜,有序度随调制周期先增大后减小,平行膜面的矫顽力均高于垂直膜面的矫顽力,当调制周期为2.4 nm时,薄膜平行膜面的矫顽力最大。     

磁性薄膜自旋重取向的机制

采用Monte Carlo方法,使用微观电子自旋模型和具有偶极相互作用的Heisenberg模型,对16×16二维平方格子的磁性系统自旋重取向现象进行了研究.发现在一定参数下,系统呈现出包含4个不同区域的磁化曲线.从理论上再现了系统从垂直磁化向面内磁化转变时的宏观磁矩的丢失现象,得到了与实验观测相一致的结果.通过计算系统的自旋组态和能量特征,对产生这种现象的机制进行了分析.     

PZT/Fe3O4复合薄膜的制备及磁性和铁电性研究

用溶胶-凝胶方法制备了Pb（Zr0.5Ti0.5）O3-Fe3O4复合薄膜。XRD研究表明，Pb（Zr0.5Ti0.5）O3呈完全（100）取向，而Fe3O4颗粒则呈完全随机取向。在室温下探测到了共存的磁性和铁电性。铁电性测试结果表明，在9V的测试电压下，薄膜的Pr值为1．5／μc／cm^2。而磁性测量的结果表明，在1．5 T的外磁场作用下，薄膜的剩余磁化强度和饱和磁化强度分别为0．67emu／cm^3和3．5emu／cm^3。通过铁电材料Pb（Zr0.5Ti0.5）O3与磁性纳米Fe3O4粒子的复合获得了室温共存的铁电性和磁性。     

FePt/Ag薄膜的结构和磁性

采用直流磁控溅射在SiO2〈0001〉基片上制备了FeAg和FePt/Ag薄膜,将其在不同温度下进行真空热处理,得到具有高矫顽力的L10-FePt颗粒膜。利用X射线衍射、振动样品磁强计、扫描探针显微镜对样品的结构、磁性、形貌进行了研究。结果表明:Ag元素的添加有效地降低了FePt薄膜的有序化温度,样品在300℃热处理时即发生有序化转变。随着热处理温度的升高,样品的有序化程度提高,矫顽力变大,样品表面粗糙度减小,形成了均匀的颗粒薄膜。     

聚乙二醇添加量对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为前驱体,以不同添加量的聚乙二醇（PEG,分子量2000）为添加剂,在普通载玻片上制备结构可控的多孔TiO     

退火温度对MoS2 薄膜光学性能的影响

在大气条件下采用激光剥离技术制备了MoS₂ 薄膜, 研究了MoS₂ 薄膜在不同退火温度条件下的形貌结构及其光学性能。实验研究发现, 退火温度对MoS₂ 薄膜表面的作用显著, 并且退火温度的不同会使得MoS₂ 薄膜XRD 图谱中衍射峰的位置产生明显的偏移。随着退火温度的升高, 薄膜生长质量及其吸光度都得到明显的提升。进一步对比分析了不同退火温度下MoS₂ 薄膜光学性能的差异, 结果显示退火温度为850 ℃ 时MoS₂ 薄膜的光学性能最佳。     

块体SmCo7/Nd2Fe14B异质纳米复合永磁体的微结构和磁性能

采用高压热压缩变形技术对高能球磨的SmCo基非晶-纳米晶粉体与商用的Nd-Fe-B纳米晶粉体的混合物冷压块进行变形处理,成功制备出块体各向异性SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B异质纳米复合永磁体。通过X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及振动样品磁强计（VSM）对块体SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B异质纳米复合永磁体的微结构和磁性能进行分析研究得出：所制备磁体的微结构由SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B纳米晶区域组成,且SmCo₇/Nd₂Fe₁₄B纳米晶具有沿其（00l）方向（平行于压力方向）的择优取向;磁体具有明显的磁各向异性,室温下沿压力方向具有16 MGOe的最大磁能积;磁体具有较好的温度稳定性,其矫顽力温度系数β_{（RT-250℃）}=-0.26%℃^-1。研究结果表明,所制备磁体具有较高的潜力,可应用于国防军工、轨道交通等科技领域。     

电沉积CuInSe2上H2O2阴极还原时产生的电化学振荡行为（Ⅱ）

本文研究了电沉积制得的CuInSe_2薄膜在阴极还原H_2O_2时产生的电化学振荡行为,一方面对影响该振荡行为的一些因素如振荡溶液组成、传质、光照等进行了分析;另一方面采用外界周期性光照和外接小幅度正弦波电位来调节振荡频率,使光电信号调制振荡趋向成熟.这为CuInSe_2半导体发展成为光电传感器件提供了一定的理论与实践基础.     

Review: Ferromagnetism in Undoped ZrO2 Thin Films

未掺杂氧化锆薄膜的铁磁性研究

宁帅,张政军（清华大学材料学院）

创新点说明：1,通过不同的物理气相沉积方法,实现了对未掺杂氧化锆薄膜的物相调控;2,发现了未掺杂氧化锆薄膜室温铁磁性对物相结构的依赖性;3,通过缺陷分析表征,发现四方相氧化锆的室温铁磁性主要由氧空位缺陷调控。

目的：未掺杂氧化锆薄膜的制备、物相和缺陷调控以及室温铁磁性研究。

方法：脉冲电子束沉积、直流反应磁控溅射、电子束蒸镀。

结果：1,通过不同的物理气相沉积方法,实现了未掺杂氧化锆薄膜的物相调控;2,发现了未掺杂氧化锆薄膜室温铁磁性的物相依赖性;3,通过缺陷分析表征,发现四方相氧化锆的室温铁磁性主要由氧空位缺陷调控。

结论： 1,制备了不同物相结构的未掺杂的氧化锆薄膜;2,发现了四方相氧化锆薄膜可以在室温下呈现铁磁性;3,四方相氧化锆薄膜中的室温铁磁性主要由氧空位缺陷引起。

关键词：氧化锆薄膜,物相调控,室温铁磁性,氧空位缺陷

     

Microstructure and Mechanical Properties of Heat-treated GeSb_2Te_4 Thin Films

The effect of annealing on microstructure,adhesive and frictional properties of GeSb 2 Te 4 films were experimentally studied.The GeSb 2 Te 4 films were prepared by radio frequency(RF)magnetron sputtering,and annealed at 200℃and 340℃under vacuum circumstance,respectively.The adhesion and friction experiments were mainly conducted with a lateral force microscope(LFM)for the GeSb 2 Te 4 thin films before and after annealing.Their morphology and phase structure were analyzed by using atomic force microscopy(AFM)and X-ray Diffraction(XRD)techniques,and the nanoindention was employed to evaluate their hardness values.Moreover,an electric force microscope(EFM)was used to measure the surface potential. It is found that the deposited GeSb 2 Te 4 thin film undergoes an amorphous-to-fcc and fcc-to-hex structure transition;the adhesion has a weaker dependence on the surface roughness,but a certain correlation with the surface potential of GeSb 2 Te 4 thin films.And the friction behavior of GeSb 2 Te 4 thin films follows their adhesion behavior under a lower applied load.However,such a relation is replaced by the mechanical behavior when the load is relatively higher.Moreover,the GeSb 2 Te 4 thin film annealed at 340℃presents a lubricative property.     

α-Al2O3电容薄膜湿度传感器

论述了氧化铝薄膜电容湿度传感器的性能,提出了采用α-Al2O3薄膜作湿敏层的新型氧化铝薄膜湿度传感器,简述了该湿敏元件的制备方法和基本特性。最后讨论了目前尚存在的问题。     

溶胶凝胶法制备TiO2多孔纳米薄膜

用溶胶凝胶法在普通载玻片上成功地制得TiO     

ZnFe_2O_4纳米粒子磁共振成像性能研究

采用多元醇法制备了粒径约为6nm的ZnFe2O4纳米粒子,通过表面修饰得到了稳定的ZnFe2O4纳米粒子水相分散液。用X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、动态光散射仪(DLS)、磁性能测量系统(MPMS)、磁共振分析仪等手段对样品进行表征。结果表明,所制备纳米粒子磁共振成像性能良好。