稀磁半导体是指半导体中由磁性离子部分替代非磁性阳离子所形成的新型半导体。通过同时操控电子电荷和自旋两个自由度,稀磁半导体在自旋电子与磁性材料器件上具有巨大的潜在应用,因而逐渐受到关注。稀磁半导体的实际应用关键在于使其具备室温铁磁性。在理论计算的引导下,过渡元素掺杂的ZnO成为最受关注的稀磁半导体材料。关于过渡元素掺杂ZnO的研究迅速成为包括凝聚态物理、磁性材料、自旋材料等领域的热点。本论文以过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体为研究对象,结合XRD,SEM,TEM,Raman,PL,UV-Vis,XPS,VSM和PPMS等材料学分析测试方法研究了ZnO稀磁半导体铁磁性来源问题。通过在水热法中引入强磁场,进一步探讨了脉冲强磁场影响过渡元素掺杂ZnO室温铁磁性的调控机理。本研究从以下三个层面展开:首先,采用水热法在不同实验条件下制备了1%Cr-1%Ni共掺杂ZnO,研究了水热法下ZnO稀磁半导体的生长习性,摸清了实验过程中各化学和物理参数对ZnO稀磁半导体微观形貌和磁学性能的影响规律。化学参数中的锌/碱源浓度和滴加顺序微弱地影响晶粒尺寸,对磁学性能的影响不大;而pH值则通过调制前驱体络合物电荷类型直接决定了1%Cr-1%Ni共掺杂ZnO晶体生长形貌;物理参数中反应温度和反应釜压力主要影响晶体的形核阶段,对晶体形貌作用较大。反应时间和反应介质主要改变晶体的生长阶段,对晶体的长大有微弱的促进或抑制。其次,研究了过渡元素共掺杂和掺杂量对ZnO稀磁半导体磁学性能的作用。在Cr-Ni掺杂体系中共掺杂有效提高了样品的铁磁性能,掺杂量的增加导致更多近邻离子对,增强的反铁磁交换作用反而减弱了样品的铁磁性能;而Fe-Mn掺杂体系中共掺杂则直接促使了样品从单一掺杂(1%Fe-1%Fe/1%Mn-1%Mn)的顺磁性转变为共掺杂(1%Fe-1%Mn)的室温铁磁性;过渡元素共掺杂对ZnO稀磁半导体磁学性能的作用不仅是简单的线性叠加作用,而且存在明显的协同效应。最后,在水热法过程中施加脉冲磁场,研究了强磁场对1%Cr-1%Ni、1%Cr-1%Mn和2%Ni-2%Al共掺杂ZnO稀磁半导体微观结构和磁学性能的影响。脉冲磁场对水热法生长的ZnO晶体形貌影响并不显著,而且这种影响也会根据掺杂元素的改变而表现出不同的趋势。脉冲磁场对过渡元素掺杂Zn O的磁学性能影响显著,可以诱导室温铁磁性能,这种影响根据掺杂体系可以划分为两类。其一,在Cr、Ni掺杂体系中,脉冲磁场可以有效提高ZnO晶体中氧空位缺陷的浓度,提升室温铁磁性能;其二,在Mn掺杂体系中,脉冲磁场可以直接促使ZnO晶体中锌空位缺陷的生成,导致室温铁磁性的出现。前者符合J.M.D Coey对于束缚磁极子理论的阐述和Sato对ZnO稀磁半导体的第一性原理的计算,后者与Dietl关于Mn掺杂ZnO计算结果吻合。Cr/Ni掺杂有利于ZnO中氧空位的形成,而Mn掺杂则为锌空位缺陷的形成提供了条件,脉冲磁场的添加扩大化了这种极性偏差。与已有的文献报道相比,本研究不仅采用水热法成功制备出了具有本征室温铁磁性的不同过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体,明确了共掺杂对ZnO铁磁性能的提升作用,而且发现强磁场调控不同过渡元素掺杂ZnO微观结构与性能的机理各异。