搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Fe离子注入ZnO生成超顺磁纳米颗粒

潘峰 丁斌峰 法涛 成枫锋 周生强 姚淑德

Fe离子注入ZnO生成超顺磁纳米颗粒

潘峰, 丁斌峰, 法涛, 成枫锋, 周生强, 姚淑德
PDF
导出引用
  • 过渡族元素掺杂ZnO生成稀磁半导体, 成为近期国际材料科学研究的热点. 在本文中, 研究Fe离子注入ZnO单晶的结构和磁性变化, 目标是建立磁性和结构的对应关系, 澄清铁磁性的来源. 采用卢瑟福背散射/沟道技术 (RBS/Channelling)、同步辐射X射线衍射 (SR-XRD)和超导量子干涉仪 (SQUID), 研究注入温度和退火对样品的晶格损伤、结构及磁性的影响. 研究表明: 样品注入区损伤随注入温度升高而降低; 低温253 K注入样品中, SR-XRD未检测到新相, Fe离子分布于Zn位, ZnO (0002) 峰右侧肩峰可能属于Zn1-xFexO, 5 K下测试样品不具有铁磁性; 623 K注入和823 K真空退火 (253 K注入) 样品中形成和相金属Fe, 5 K下样品具有明显的剩磁和矫顽力, 零场冷却和场冷却 (ZFC/FC) 曲线和300 K下的磁滞回线显示纳米Fe颗粒具有超顺磁性. Fe离子注入ZnO的磁性源于第二相-Fe和-Fe.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010CB832904)和国家自然科学基金(批准号: 10875007,11005005)资助的课题.
    [1]

    Dietl T, Ohno H, Matsukura F, Cibert J, Ferrand D 2000 Science 287 1019

    [2]

    Liu S H, Hsu H S, Venkataiah G, Qi X, Lin C R, Lee J F, Liang K S, Huang J C A 2010 Appl. Phys. Lett. 96 262504

    [3]
    [4]

    Lu Z L, Zou W Q, Xu M X, Zhang F M 2010 Chin. Phys. B 19 056101

    [5]
    [6]
    [7]

    Cheng X W, Li X, Gao Y L, Yu Z, Long X, Liu Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2018 (in Chinese) [程兴旺、 李 祥、 高院玲、 于 宙、 龙 雪、 刘 颖 2009 物理学报 58 2018 ]

    [8]
    [9]

    Wang D, Chen Z Q, Zhou F, Lu W, Maekawa M, Kawasuso A 2009 Applied Surface Science 255 9371

    [10]

    Li M, Zou C W, Wang G F, Wang H J, Yin M L, Liu C S, Guo L P, Fu D J, Kang T W 2010 J. Appl. Phys. 107 104117

    [11]
    [12]
    [13]

    Liu X J, Zhu X Y, Song C, Zeng F, Pan F 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 035004

    [14]

    Yin S, Xu M X, Yang L, Liu J F, Rosner H, Hahn H, Gleiter H, Schild D, Doyle S, Liu T, Hu T D, Takayama-Muromachi E, Jiang J Z 2006 Phys. Rev. B 73 224408

    [15]
    [16]
    [17]

    Sati P, Deparis C, Morhain C, Schafer S, Stepanov A 2007 Phys. Rev.Lett. 98 137204

    [18]

    Fukumura M, Jin Z W, Kawasaki M, Shono T, Hasegawa T, Koshihara S, Koinuma H, 2001 Appl. Phys. Lett. 78 958

    [19]
    [20]
    [21]

    Jin Z W, Fukumura T, Kawasaki M, Ando K, Saito H, Sekiguchi T, Yoo Y Z, Murakami M, Matsumoto Y, Hasegawa T, Koinuma H 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3824

    [22]
    [23]

    Liu X C, Shi E W, Song L X, Zhang H W, Chen Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 2557 (in Chinese) [刘学超、 施尔畏、 宋力昕、 张华伟、 陈之战 2006 物理学报 55 2557]

    [24]

    Xu Q Y, Zheng X H, Gong Y P 2010 Chin. Phys. B 19 077501

    [25]
    [26]
    [27]

    Zhou S Q, Potzger K, Xu Q Y, Talut G, Lorenz M, Skorupa W, Helm M, Fassbender J, Grundmann M, Schmidt H 2009 Vacuum 83 S13

    [28]
    [29]

    Wang Y Q, Su L, Liu L, Tian Z M, Chang T Q, Wang Z, Yin S Y, Yuan S L 2010 Phys. Status Solidi A 207 2553

    [30]

    Zhou S, Potzger K, Zhang G F, Eichhorn F, Skorupa W, Helm M, Fassbender J 2006 J. Appl. Phys. 100 114304

    [31]
    [32]
    [33]

    Yan G Q, Xie K X, Mo Z R, Lu Z L, Zou W Q, Wang S,Yue F J, Wu D, Zhang F M, Du Y W 2009 Acta Phys. Sin. 58 1237 (in Chinese) [严国清、 谢凯旋、 莫仲荣、 路忠林、 邹文琴、 王 申、 岳凤娟、 吴 镝、 张凤鸣、 都有为 2009 物理学报 58 1237]

    [34]
    [35]

    Peng X D,Zhu T, Wang F W 2009 Acta Phys. Sin. 58 3274 (in Chinese) [彭先德、 朱 涛、 王芳卫 2009 物理学报 58 3274]

    [36]
    [37]

    Li T J, Li G P, Gao X X, Chen J S 2010 Chin. Phys. Lett. 27 087501

    [38]
    [39]

    Wang Y, Zou J, Li Y J, Zhang B, Lu W 2009 Acta Materialia 57 2291

    [40]

    Wang D, Chen Z Q, Zhou F, Lu W, Maekawa M, Kawasuso A 2009 Applied Surface Science 255 9371

    [41]
    [42]

    Ziegler J, Biersack J, Littmark U 1985 The Stopping and Range of Ions in Matter (New York: Pergamon)

    [43]
    [44]

    Cullity B D 1978 Elements of X-ray Diffractions (MA: Addison-Wesley Reading) p102

    [45]
    [46]
    [47]

    Potzger K, Zhou S Q, Reuther H, Mcklich A, Eichhorn F, Schell N, Skorupa W, Helm M, Fassbender J, Herrmannsdrfer T, Papageorgiou T P 2006 Appl. Phys. Lett. 88 052508

    [48]

    Abdul Majid, Rehana Sharif, Husnain G, Akbar Ali 2009 J. Phys D: Appl. Phys. 42 135401

    [49]
    [50]
    [51]

    Geurts J, Schumm M, Koerdel M, Ziereis C, Mller S, Ronning C, Dynowska E, Goacki Z, Szuszkiewicz W 2010 Physica Status Solidi B 247 1469

    [52]
    [53]

    Respaud M, Broto J M, Rakoto H, Fert A R, Thomas L, Barbara B, Verelst M, Snoeck E, Lecante P 1998 Phys. Rev. B 57 2925

    [54]
    [55]

    Shinde S R, Ogale S B, Higgins J S, Zheng H, Millis A J, Kulkarni V N, Ramesh R, Greene R L, Venkatesan T 2004 Phys. Rev. Lett. 92 166601

    [56]
    [57]

    Sun Y, Salamon M B, Garnier K, Averback R S 2003 Phys. Rev. Lett. 91 167206

  • [1]

    Dietl T, Ohno H, Matsukura F, Cibert J, Ferrand D 2000 Science 287 1019

    [2]

    Liu S H, Hsu H S, Venkataiah G, Qi X, Lin C R, Lee J F, Liang K S, Huang J C A 2010 Appl. Phys. Lett. 96 262504

    [3]
    [4]

    Lu Z L, Zou W Q, Xu M X, Zhang F M 2010 Chin. Phys. B 19 056101

    [5]
    [6]
    [7]

    Cheng X W, Li X, Gao Y L, Yu Z, Long X, Liu Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2018 (in Chinese) [程兴旺、 李 祥、 高院玲、 于 宙、 龙 雪、 刘 颖 2009 物理学报 58 2018 ]

    [8]
    [9]

    Wang D, Chen Z Q, Zhou F, Lu W, Maekawa M, Kawasuso A 2009 Applied Surface Science 255 9371

    [10]

    Li M, Zou C W, Wang G F, Wang H J, Yin M L, Liu C S, Guo L P, Fu D J, Kang T W 2010 J. Appl. Phys. 107 104117

    [11]
    [12]
    [13]

    Liu X J, Zhu X Y, Song C, Zeng F, Pan F 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 035004

    [14]

    Yin S, Xu M X, Yang L, Liu J F, Rosner H, Hahn H, Gleiter H, Schild D, Doyle S, Liu T, Hu T D, Takayama-Muromachi E, Jiang J Z 2006 Phys. Rev. B 73 224408

    [15]
    [16]
    [17]

    Sati P, Deparis C, Morhain C, Schafer S, Stepanov A 2007 Phys. Rev.Lett. 98 137204

    [18]

    Fukumura M, Jin Z W, Kawasaki M, Shono T, Hasegawa T, Koshihara S, Koinuma H, 2001 Appl. Phys. Lett. 78 958

    [19]
    [20]
    [21]

    Jin Z W, Fukumura T, Kawasaki M, Ando K, Saito H, Sekiguchi T, Yoo Y Z, Murakami M, Matsumoto Y, Hasegawa T, Koinuma H 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3824

    [22]
    [23]

    Liu X C, Shi E W, Song L X, Zhang H W, Chen Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 2557 (in Chinese) [刘学超、 施尔畏、 宋力昕、 张华伟、 陈之战 2006 物理学报 55 2557]

    [24]

    Xu Q Y, Zheng X H, Gong Y P 2010 Chin. Phys. B 19 077501

    [25]
    [26]
    [27]

    Zhou S Q, Potzger K, Xu Q Y, Talut G, Lorenz M, Skorupa W, Helm M, Fassbender J, Grundmann M, Schmidt H 2009 Vacuum 83 S13

    [28]
    [29]

    Wang Y Q, Su L, Liu L, Tian Z M, Chang T Q, Wang Z, Yin S Y, Yuan S L 2010 Phys. Status Solidi A 207 2553

    [30]

    Zhou S, Potzger K, Zhang G F, Eichhorn F, Skorupa W, Helm M, Fassbender J 2006 J. Appl. Phys. 100 114304

    [31]
    [32]
    [33]

    Yan G Q, Xie K X, Mo Z R, Lu Z L, Zou W Q, Wang S,Yue F J, Wu D, Zhang F M, Du Y W 2009 Acta Phys. Sin. 58 1237 (in Chinese) [严国清、 谢凯旋、 莫仲荣、 路忠林、 邹文琴、 王 申、 岳凤娟、 吴 镝、 张凤鸣、 都有为 2009 物理学报 58 1237]

    [34]
    [35]

    Peng X D,Zhu T, Wang F W 2009 Acta Phys. Sin. 58 3274 (in Chinese) [彭先德、 朱 涛、 王芳卫 2009 物理学报 58 3274]

    [36]
    [37]

    Li T J, Li G P, Gao X X, Chen J S 2010 Chin. Phys. Lett. 27 087501

    [38]
    [39]

    Wang Y, Zou J, Li Y J, Zhang B, Lu W 2009 Acta Materialia 57 2291

    [40]

    Wang D, Chen Z Q, Zhou F, Lu W, Maekawa M, Kawasuso A 2009 Applied Surface Science 255 9371

    [41]
    [42]

    Ziegler J, Biersack J, Littmark U 1985 The Stopping and Range of Ions in Matter (New York: Pergamon)

    [43]
    [44]

    Cullity B D 1978 Elements of X-ray Diffractions (MA: Addison-Wesley Reading) p102

    [45]
    [46]
    [47]

    Potzger K, Zhou S Q, Reuther H, Mcklich A, Eichhorn F, Schell N, Skorupa W, Helm M, Fassbender J, Herrmannsdrfer T, Papageorgiou T P 2006 Appl. Phys. Lett. 88 052508

    [48]

    Abdul Majid, Rehana Sharif, Husnain G, Akbar Ali 2009 J. Phys D: Appl. Phys. 42 135401

    [49]
    [50]
    [51]

    Geurts J, Schumm M, Koerdel M, Ziereis C, Mller S, Ronning C, Dynowska E, Goacki Z, Szuszkiewicz W 2010 Physica Status Solidi B 247 1469

    [52]
    [53]

    Respaud M, Broto J M, Rakoto H, Fert A R, Thomas L, Barbara B, Verelst M, Snoeck E, Lecante P 1998 Phys. Rev. B 57 2925

    [54]
    [55]

    Shinde S R, Ogale S B, Higgins J S, Zheng H, Millis A J, Kulkarni V N, Ramesh R, Greene R L, Venkatesan T 2004 Phys. Rev. Lett. 92 166601

    [56]
    [57]

    Sun Y, Salamon M B, Garnier K, Averback R S 2003 Phys. Rev. Lett. 91 167206

  • [1] 陈志权, 河裾厚男. He离子注入ZnO中缺陷形成的慢正电子束研究. 物理学报, 2006, 55(8): 4353-4357. doi: 10.7498/aps.55.4353
    [2] 张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性. 物理学报, 2011, 60(12): 127503. doi: 10.7498/aps.60.127503
    [3] 刘学超, 施尔畏, 宋力昕, 张华伟, 陈之战. 固相反应法制备Co掺杂ZnO的磁性和光学性能研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2557-2561. doi: 10.7498/aps.55.2557
    [4] 羊新胜, 赵 勇. 铁磁性锰氧化物掺杂的ZnO压敏电阻性能研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3188-3192. doi: 10.7498/aps.57.3188
    [5] 于 宙, 李 祥, 龙 雪, 程兴旺, 王晶云, 刘 颖, 曹茂盛, 王富耻. Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4539-4544. doi: 10.7498/aps.57.4539
    [6] 严国清, 谢凯旋, 莫仲荣, 路忠林, 邹文琴, 王申, 岳凤娟, 吴镝, 张凤鸣, 都有为. 共沉淀法制备Co掺杂ZnO的室温铁磁性的研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1237-1241. doi: 10.7498/aps.58.1237
    [7] 侯清玉, 李勇, 赵春旺. Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067202. doi: 10.7498/aps.66.067202
    [8] 李 勇, 孙成伟, 刘志文, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜生长的等离子体发射光谱研究. 物理学报, 2006, 55(8): 4232-4237. doi: 10.7498/aps.55.4232
    [9] 郭家俊, 董静雨, 康鑫, 陈伟, 赵旭. 过渡金属元素X(X=Mn,Fe,Co,Ni)掺杂对ZnO基阻变存储器性能的影响. 物理学报, 2018, 67(6): 063101. doi: 10.7498/aps.67.20172459
    [10] 罗长维, 仇猛淋, 王广甫, 王庭顺, 赵国强, 华青松. 利用离子激发发光研究ZnO离子注入和退火处理的缺陷变化. 物理学报, 2020, 69(10): 102901. doi: 10.7498/aps.69.20200029
    [11] 程兴旺, 李祥, 高院玲, 于宙, 龙雪, 刘颖. Co掺杂的ZnO室温铁磁半导体材料制备与磁性和光学特性研究. 物理学报, 2009, 58(3): 2018-2022. doi: 10.7498/aps.58.2018
    [12] 杨天勇, 孔春阳, 阮海波, 秦国平, 李万俊, 梁薇薇, 孟祥丹, 赵永红, 方亮, 崔玉亭. 退火温度对N+注入ZnO:Mn薄膜结构及室温铁磁性的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 168101. doi: 10.7498/aps.61.168101
    [13] 杨天勇, 孔春阳, 阮海波, 秦国平, 李万俊, 梁薇薇, 孟祥丹, 赵永红, 方亮, 崔玉亭. N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037703. doi: 10.7498/aps.62.037703
    [14] 臧航, 王志光, 庞立龙, 魏孔芳, 姚存峰, 申铁龙, 孙建荣, 马艺准, 缑洁, 盛彦斌, 朱亚滨. 离子注入ZnO薄膜的拉曼光谱研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4831-4836. doi: 10.7498/aps.59.4831
    [15] 付伟佳, 刘志文, 刘明, 牟宗信, 张庆瑜, 关庆丰, 陈康敏. 离子注入Zn的Si(001)基片热氧化制备纳米ZnO团簇及其生长行为研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5693-5699. doi: 10.7498/aps.58.5693
    [16] 刘雪芹, 王印月, 甄聪棉, 张静, 杨映虎, 郭永平. 离子注入和固相外延制备Si1-x-yGexCy半导体薄膜. 物理学报, 2002, 51(10): 2340-2343. doi: 10.7498/aps.51.2340
    [17] 李文宇, 霍格, 黄岩, 董丽娟, 卢学刚. 空心Fe3O4纳米微球的制备及超顺磁性. 物理学报, 2018, 67(17): 177501. doi: 10.7498/aps.67.20180579
    [18] 段满益, 徐 明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
    [19] 李铭杰, 高红, 李江禄, 温静, 李凯, 张伟光. 低温下单根ZnO纳米带电学性质的研究. 物理学报, 2013, 62(18): 187302. doi: 10.7498/aps.62.187302
    [20] 袁洪涛, 张 跃, 谷景华. 原位生长高度定向ZnO晶须. 物理学报, 2004, 53(2): 646-650. doi: 10.7498/aps.53.646
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  6486
  • PDF下载量:  752
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-03-21
  • 修回日期:  2011-05-03
  • 刊出日期:  2011-05-05

Fe离子注入ZnO生成超顺磁纳米颗粒

  • 1. 北京大学核物理与核技术国家重点实验室,北京 100871;
  • 2. 陕西理工学院物理系,汉中 723001;
  • 3. 廊坊师范学院物理与电子信息学院, 廊坊 065000
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2010CB832904)和国家自然科学基金(批准号: 10875007,11005005)资助的课题.

摘要: 过渡族元素掺杂ZnO生成稀磁半导体, 成为近期国际材料科学研究的热点. 在本文中, 研究Fe离子注入ZnO单晶的结构和磁性变化, 目标是建立磁性和结构的对应关系, 澄清铁磁性的来源. 采用卢瑟福背散射/沟道技术 (RBS/Channelling)、同步辐射X射线衍射 (SR-XRD)和超导量子干涉仪 (SQUID), 研究注入温度和退火对样品的晶格损伤、结构及磁性的影响. 研究表明: 样品注入区损伤随注入温度升高而降低; 低温253 K注入样品中, SR-XRD未检测到新相, Fe离子分布于Zn位, ZnO (0002) 峰右侧肩峰可能属于Zn1-xFexO, 5 K下测试样品不具有铁磁性; 623 K注入和823 K真空退火 (253 K注入) 样品中形成和相金属Fe, 5 K下样品具有明显的剩磁和矫顽力, 零场冷却和场冷却 (ZFC/FC) 曲线和300 K下的磁滞回线显示纳米Fe颗粒具有超顺磁性. Fe离子注入ZnO的磁性源于第二相-Fe和-Fe.

English Abstract

参考文献 (57)

目录

    /

    返回文章
    返回