研究目的
研究通过在宽带隙半导体ZnO中掺杂过渡金属引入长程铁磁性的可能性。
研究成果
研究表明，虽然在室温下观察到了铁磁关联，但在低至5K的温度下仍未观测到真正的铁磁长程有序转变。ZnO基质中由于超交换作用形成的束缚磁极子（BMPs）及其反铁磁关联，阻碍了铁磁长程有序的出现。
研究不足
研究表明，由于低温下束缚磁极化子（BMPs）的形成及其反铁磁关联，实现长程铁磁性存在困难。ZnO中本征存在的n型施主和缺陷使得实验结果的重现性复杂化。
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能否通过在宽带隙半导体ZnO中掺杂过渡金属来引入长程铁磁性？
DOI：10.1016/j.rinp.2018.11.083
期刊：Results in Physics
出版年份：2018
更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要：
本报告系统研究了过渡金属（TM=Fe或Cu）掺杂ZnO及共掺杂（Cu,Fe）ZnO纳米颗粒的磁行为。所有样品在低温下均呈现类反铁磁性的逆磁化率。随着TM离子浓度增加，所有样品的反铁磁居里-外斯温度TAFM升高，表明TM掺杂增强了反铁磁关联。我们观察到约100-150K温度（T）区间存在从反铁磁关联态向铁磁关联态的转变。我们将通过氧空位作用、过渡金属离子价态、束缚磁极化子（BMP）的形成与相互作用及其在ZnO基质中的解离来解释所有实验现象。尽管根据逆磁化率数据，所有样品在室温附近都呈现铁磁关联，但在最低测量温度5K下仍未观测到真正的铁磁长程有序转变。研究表明：在宽禁带半导体ZnO基质中，随着温度降低形成的束缚磁极化子会因过渡金属掺杂引发的超交换作用产生反铁磁关联，这导致实现铁磁长程有序存在困难。
作者：
B. Ghosh，K. Bagani，S. Majumder，M. Modak，M.K. Ray，M. Sardar，S. Banerjee
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