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XMCD和XAFS研究Mn(Co)-Ge(GeSi)稀磁半导体的结构及磁性

批准号10404023 学科分类固体结构和人工微结构 ( A040101 )
项目负责人孙治湖 负责人职称副研究员 依托单位中国科学技术大学
资助金额28.00
万元
项目类别青年科学基金项目 研究期限2005 年 01 月 01 日 至
2007 年 12 月 31 日
中文主题词Mn(Co)-Ge和Mn(Co)-GeSi稀磁半导体;同步辐射XMCD和XAFS;电子自
英文主题词

摘要

中文摘要 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。
英文摘要
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。

成果

序号 标题 类型 作者
1 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
2 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
3 Local Lattice Distortion of Ge 会议 Zhihu Sun, Wensheng Yan, H. Oy
4 Mn Occupations in Ga1-xMnxN Di 会议 Shiqiang Wei*, Wensheng Yan, Z

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