研究目的
研究n型稀磁半导体Ge0.96?xBixFe0.04Te薄膜的结构、霍尔效应、电子输运及磁学特性，重点关注Bi替代导致的p型到n型载流子转变，以及依赖于载流子传输的铁磁性建立过程。
研究成果
该研究成功制备了具有高质量外延生长的n型稀磁半导体Ge0.96?xBixFe0.04Te薄膜。铋掺杂使载流子从空穴转变为电子，且铁磁性仅在高度铋掺杂样品中形成，这取决于载流子浓度和传输特性。第一性原理计算支持铁磁态的存在，表明其在微电子和磁存储领域具有应用潜力，并建议进一步研究掺杂限制因素。
研究不足
铋掺杂浓度的增加存在限制，因为较高浓度（如Ge0.52Bi0.44Fe0.04Te）会导致第二相形成而非单相薄膜，这表明为保持薄膜质量和铁磁性，掺杂水平存在约束条件。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用脉冲激光沉积（PLD）技术在BaF2（111）衬底上制备Ge0.96?xBixFe0.04Te薄膜，通过X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）进行结构分析，利用物理性质测量系统（PPMS）开展霍尔效应与电阻率测量，使用超导量子干涉仪（SQUID）磁强计进行磁化强度测量。第一性原理计算采用基于VASP软件的密度泛函理论。
2：96?xBixFe04Te薄膜，通过X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）进行结构分析，利用物理性质测量系统（PPMS）开展霍尔效应与电阻率测量，使用超导量子干涉仪（SQUID）磁强计进行磁化强度测量。第一性原理计算采用基于VASP软件的密度泛函理论。 样品选择与数据来源：
2. 样品选择与数据来源：制备了不同Bi掺杂浓度（如Ge0.64Bi0.32Fe0.04Te、Ge0.76Bi0.2Fe0.04Te）的薄膜，根据掺杂水平筛选以研究载流子类型和磁学特性。
3：64Bi32Fe04Te、Ge76Bi2Fe04Te）的薄膜，根据掺杂水平筛选以研究载流子类型和磁学特性。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括PLD系统、XRD、AFM、PPMS、SQUID磁强计；材料包含BaF2衬底及薄膜沉积用靶材。
4：实验流程与操作步骤：
通过PLD沉积薄膜，采用XRD和AFM表征结构与形貌，在不同温度下测量霍尔效应与电阻率，通过零场冷却和场冷却模式测量磁化强度，开展第一性原理计算模拟铁磁态。
5：数据分析方法：
运用载流子输运模型（如小极化子跳跃模型）分析数据，并通过第一性原理计算确定铁磁态与反铁磁态之间的能量差。
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Pulsed Laser Deposition System
Used for depositing Ge0.96?xBixFe0.04Te thin films on BaF2 substrates.
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X-ray Diffractometer
Used for structural analysis including linear scans and phi scans to confirm epitaxy and crystallinity.
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Atomic Force Microscope
Used to analyze surface morphology of the thin films.
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Physical Property Measurement System
PPMS
Used for Hall-effect measurements and resistivity measurements.
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SQUID Magnetometer
Used for magnetization measurements.
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Vienna ab initio Simulation Package
VASP
Used for first-principles calculations based on density functional theory.
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