SrFCuS体系的Mn掺杂效应研究

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摘要：本论文重点介绍了稀磁半导体的基本原理、物理特性、发展历史以及前沿研究方向。本文重点研究了SrFCuS母体和Mn掺杂稀磁半导体的制备方法.通过X射线衍射来分析样品晶体参数，并通过磁化率测试来研究样品的磁输运性质。46672

In this dissertation we mainly report the principle, physical properties, developing history and its the research direction in the diluted magnetic semiconductors. We focus on the preparation of the parent compound SrFCuS and Mn doping samples. Through the measurement of X-ray powder diffraction and magnetic susceptibility, we obtained the lattice parameters and its magnetic transport properties.

毕业论文关键词： SrFCuS ;磁化率 ;稀磁半导体

Keyword: SrFCuS ；The magnetic susceptibility；Diluted magnetic semiconductor

一、稀磁半导体 4

（一）稀磁半导体的概念 4

（二）稀磁半导体的原理 4

（三）稀磁半导体的分类 4

（四）稀磁半导体的特点 5

（五）稀磁半导体的发展 6

（六）稀磁半导体的研究方向 7

二、课题的研究背景 7

三、研究步骤 11

（一）固相合成法 11

（二）SrFCuS、SrFCu0.5Mn0.5S及SrFCu0.9Mn0.1S的制备 12

四、数据分析 16

（一）XRD测试 16

（二）磁化率的测试 17

五、结语 17

一、稀磁半导体

（一）稀磁半导体的概念

稀磁半导体(Diluted magnetic semiconductors, DMS),是指通过磁性过渡族金属元素或稀土金属元素部分替代非磁性半导体中的原子形成的一类新型半导体材料。相比于普通磁性材料，稀磁半导体中磁性元素的含量非常低，一般少于10%因为引入了磁性元素，这类材料具有了一系列不同于普通半导体的奇异性质,如法拉第旋转,巨磁阻,磁光效应等。

（二）稀磁半导体的原理

稀磁半导体兼具半导体和磁性的双重特征，即在一种材料中同时具有电子电荷和自旋两种自由度，使得稀磁半导体材料在信息存储和功能器件方面具有很大的应用前景，因而引起研究人员的广泛关注。

稀磁半导体的磁性质取决于磁性掺杂离子之间的交换相互作用，主要包括直接的反铁磁相互作用和以载流子为媒介的铁磁相互作用。根据具体的研究系统其可能显示铁磁有序或者反铁磁有序，也可能由于二者的竞争而呈现自旋玻璃行为。对于在足够低的温度下磁性掺杂离子之间的铁磁有序现象，一般普遍认为是由掺杂离子和载流子之间的局域交换作用引起的，这种交换耦合在局域磁矩之间产生了长期有效的铁磁性相互作用,导致系统在居里温度(Tc)以下呈现出铁磁性行为。而以载流子为媒介的杂质原子间耦合作用的精确机制目前尚没有定论，文献中对此有很多报道，例如：在金属性的稀磁半导体系统中，就空穴是处于半导体的价带还是处于由于Mn掺杂而形成的杂质带，研究者们分别考虑不同的相互作用机制，其中主要有Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-zener（RKKY-Zener）弱相互作用以及Zener-double-exchange(双交换)强相互作用。而对于样品中表现出的反铁磁行为,研究者们则将其归因于磁性杂质离子之间的超交换作用（superexchangeinteraction)。此外，在1969年，R.B.Griffiths针对稀磁系统发展了一套以他的名字命名的理论，即Griffiths理论，后来Bray等又将其推广到任意的磁系统中。