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铁磁掺杂Ce的BaTiO3纳米颗粒中由dz2轨道介导的束缚磁极化子及其增强的双光子吸收截面
摘要： 钙钛矿BaTiO3纳米颗粒的富铁磁性与双光子吸收(TPA)截面对于磁性和光学数据存储应用至关重要。本工作中，水热法合成的Ce掺杂BaTiO3纳米颗粒在4 mol%掺杂量时展现出最大室温铁磁性(4.26×10-3 emu/g)，X射线光电子能谱、电子自旋共振光谱及密度泛函理论(DFT)计算证实这是氧空位增加所致。据此采用氧空位构成的束缚磁极化子(BMP)模型解释铁磁性增强现象：BMP理论模型显示Ce掺杂使BMP磁化强度(M0从3.0提升至4.8×10-3 emu/g)和单个BMP真实自发磁矩(meff从4提升至9.88×10-4 emu)增大。DFT计算表明BMP通过Ti d轨道介导产生铁磁性。此外发现氧空位存在时，Ba位Ce诱导的磁矩高于Ti位Ce。开孔Z扫描技术显示4 mol% Ce掺杂量时因强TPA诱导激发态吸收而具有最高TPA系数β(7.08×10-10 m/W)和TPA截面σTPA(455×104 GM)。较大的σTPA归因于氧空位和Ce离子产生的载流子具有更长激发态寿命τ(7.63 ns)，这些载流子在激发子亚能级中经历多次电子跃迁。
关键词： 铈掺杂、氧空位、束缚磁极化子、双光子吸收、密度泛函理论计算、Z扫描技术、钛酸钡纳米颗粒、铁磁性
更新于2025-11-19 16:56:35
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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？
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。
关键词： 稀磁半导体、束缚磁极化子、反铁磁性、过渡金属掺杂、氧化锌、铁磁性
更新于2025-09-23 15:21:21
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水热法在玻璃衬底上生长的铁掺杂氧化锌纳米棒阵列的结构、光学及磁学特性
摘要： 本文采用简便的水热法在玻璃基底上生长了未掺杂和铁掺杂的ZnO纳米棒阵列，并研究了所制备纳米棒的结构、光学及磁学性能。结构分析明确显示所制备的纳米棒具有单相纤锌矿结构且无任何杂相，未掺杂与铁掺杂纳米棒均呈垂直生长。光学表征表明，随着铁浓度增加，ZnO纳米棒的光学带隙逐渐减小。此外，研究证实形成了稀磁半导体纳米棒阵列，其室温铁磁性的起源可通过束缚磁极化子理论进行解释。
关键词： 稀释磁性半导体、束缚磁极化子、纳米棒阵列、铁掺杂氧化锌
更新于2025-09-09 09:28:46