稀土元素掺杂In2O3纳米颗粒的磁性研究

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随着社会的不断进步与发展,半导体磁性材料有着不可估量的研究价值。由于研究人员对同时控制自旋和电荷的研究兴趣,促进了自旋电子材料实现室温铁磁性的研究。稀磁氧化物如In2O3、SnO2和ZnO等,由于其在磁性、光学和电子器件中的潜在应用,因此在实际生活中也有的不小的应用范围。譬如在汽车、航天工业及医疗等方面便会应用到磁性传感器器件,在电子、计算机和信息技术也会利用到半导体中的电子电荷属性。稀磁半导体就是这样一种在研究领域中的新兴材料,并且它又是同时能够兼具半导体与磁学性质,进而是可展现出磁、光磁等众多优良性能的新兴材料,因此在引起了研究人员的研究热情。基于计算理论,Dietl等研究人员预测了材料的室温铁磁性,至此氧化物基稀磁半导体就成为了研究人员在理论与实验中重要的研究对象,主要采取的是过渡金属离子的掺杂的手段,并且掺杂是最直观的改变材料物理性质的一种研究方法。众所周知稀土元素有着它独特的电子结——4f轨道,可通过替代主体基质中阳离子的方式进入晶格中,掺入后可调控主体基质的光学磁学等物理性质,从而稀土元素被绝大多数的研究人员认为是一种较为理想的掺入剂。In2O3纳米颗粒作为本论文的实验研究基底,对其掺杂了不同浓度的Dy、Ce元素,使得能够制备出具有室温铁磁性的In2O3:Dy和In2O3:Ce稀磁半导体纳米颗粒材料。探究了掺杂Dy3+、Ce3+离子的浓度对样品磁学性质及光学性质的影响。本论文的主要内容:1.合成出了三种不同掺杂的浓度In2O3:Dy纳米颗粒。Dy3+离子替代In3+离子而进入到In2O3晶格中,Dy3+离子掺杂增加了晶格中缺陷态的浓度,影响了发光强度。制备出的样品全部存在室温铁磁性性质,In2O3:Dy稀磁半导体纳米颗粒最大饱和磁化强度值为0.02133 emu/g。经理论计算,In2O3:Dy纳米颗粒磁性来源于Dy原子的d、f轨道和O原子的p轨道。2.合成出了三种不同掺杂的浓度In2O3:Ce纳米颗粒。Ce3+离子替代In3+离子而进入到In2O3晶格中,增加了晶格中缺陷态的浓度,影响了发光强度。制备出的样品均存在室温铁磁性性质,In2O3:Ce纳米颗粒的最大饱和磁化强度值为0.02022 emu/g。经理论计算,In2O3:Ce纳米颗粒磁性来源于Ce原子的4f轨道。
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