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XMCD和XAFS研究Mn(Co)-Ge(GeSi)稀磁半导

批准号10404023 学科分类固体结构和人工微结构 ( A040101 )
负责人孙治湖 职称副研究员 单位名称中国科学技术大学
资助金额 28万元 项目类别 青年科学基金项目 起止年月 2005年01月01日 至 2007年12月31日
主题词 稀磁半导体;铁磁性;XAFS;密度泛函计算
附注说明 兼有电荷和自旋两种特性的稀磁半导体,将成为新一代的信息处理和存储、量子计算和量子通讯等领域的重要材料。制备出常温居里温度的稀磁半导体和确定Mn及其它掺入元素对稀半导体的电学和磁学性质的影响规律,是当前需要解决的首要问题。本项目拟用分子束外延、离子束注入、磁控共溅射方法制备不同Mn分布形式的Mn-Ge模型样品和生长高居里温度的Mn(Co)-Ge、Mn(Co)-GeSi稀磁半导体。利用具有元素特征的同步辐射磁性圆二色谱(XMCD)和荧光X射线吸收谱(XAFS)等方法分别研究Mn(Co)-Ge(Si)稀磁半导体中Mn、Ge、Co的原子结构、电子结构,及Mn和Co的电子自旋状态,了解替位Mn、间隙Mn、Mn团簇、MnGe化合物与其稀磁半导体居里温度的关系,明确其电磁性受生长条件、退火温度等因素的影响,认识Co对提高其铁磁相稳定性的作用。为制备高居里温度的IV族稀磁半导体提供理论和实验依琚。

成果

序号 课题 类型 参与人
0 Mn Occupations in Ga1-xMnxN Di 会议 Shiqiang Wei*, Wensheng Yan, Z
1 Local Lattice Distortion of Ge 会议 Zhihu Sun, Wensheng Yan, H. Oy
2 Formation Mechanism of Ge Nano 会议 Wensheng Yan, Zhongmi Li, Zhih
3 Zn1-xCoxO稀磁半导体的XAFS研究 期刊 史同飞,朱三元,吴文清,张国斌
4 XAFS applications in semicondu 期刊 Shiqiang Wei*, Zhihu Sun, Zhiy
5 自组装Ge量子点热扩散效应的XAFS 期刊 潘志云,王科范,刘金锋,徐彭寿
6 Direct determination of Mn occ 期刊 Shiqiang Wei*, Wensheng Yan, Z
7 用XANES研究Ga1-xMnxN稀磁半导体 期刊 闫文盛,孙治湖,刘庆华,钟文杰
8 XAFS在凝聚态物质研究中的应用 期刊 韦世强*,孙治湖,潘志云,闫文
9 Structures and magnetic proper 期刊 Wensheng Yan, Weixiang Weng, G
10 Zn vacancy induced room-temper 期刊 Wensheng Yan, Zhihu Sun, Qingh
11 荧光EXAFS 研究镶嵌在SiO2中的Ge 期刊 闫文盛, 孙治湖, A.V. Kolobov,
12 MnxGe1-x稀磁半导体薄膜的结构研 期刊 孙玉,孙治湖,朱三元,史同飞,
13 The structures and magnetic pr 期刊 Tongfei Shi, Sanyuan Zhu, Zhih
14 Growth of embedded Ge nanocrys 期刊 Wensheng Yan, Zhongrui Li, Zhi
15 Anomalous magnetic behavior of 期刊 Qinghua Liu, Zhihu Sun, Wenshe

摘要

结题摘要 利用XAFS、XRD、SQUID技术结合密度泛函理论(DFT)计算,研究了掺Mn、Co、Fe的Ge、Si、GaN、ZnO、NiO基稀磁半导体(DMS)材料的结构和磁性及其相互关系,重点探讨了不同DMS材料铁磁性的微观起因。对Mn:Ge和Mn:Si体系的研究表明,在很低的Mn掺杂浓度下,替位式Mn可以存在于Ge晶格中,但难以存在于Si中。研究了Mn:GaN薄膜中Mn的占据位置随浓度的变化,首次发现在一定的的Mn掺杂浓度下,相当一部分替位Mn和间隙Mn离子形成二聚体,DFT计算发现这些二聚体具有非常独特的性质。发现在具有室温铁磁性的Mn:ZnO中共掺杂N能显著提高体系的饱和磁矩,这是由于N原子使Mn-Mn间磁性相互作用从反铁磁性转变为铁磁性。证实Co:ZnO体系在不存在其它杂质、缺陷和团簇的条件下为本征顺磁性的。发现激光脉冲沉积方法制备的具有室温铁磁性的Co:ZnO薄膜中,替代位Co离子并非如普遍认为的那样均匀分布在晶格中,而是通过中心氧原子聚集在一起,使体系在极低的Co浓度 (0.5%)下也能表现出铁磁性。此外还研究了Ge-Si合金的结构扭曲和Ge纳米晶的形成机理。

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