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

Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究

赵翠莲 甄聪棉 马丽 潘成福 侯登录

引用本文:
Citation:

Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究

赵翠莲, 甄聪棉, 马丽, 潘成福, 侯登录

Morphology and ferromagnetism of Ge nanostructure

Zhao Cui-Lian, Zhen Cong-Mian, Ma Li, Pan Cheng-Fu, Hou Deng-Lu
PDF
导出引用
  • 利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了厚度不同的Ge薄膜, 随着样品厚度的减小, 样品表现出了室温铁磁性. 厚度为12 nm样品经过300 ℃退火后, 由于颗粒细化, 颗粒之间的界面增加, 界面缺陷增加, 样品表现出最大的铁磁性 (50 emu/cm3). 场冷却和零场冷却曲线测试表明居里温度约为350 K. 进行600 ℃退火后, 颗粒团聚, 样品的铁磁性最小. 当样品厚度进一步减小为6 nm时, 沉积态样品表现出铁磁性和顺磁性共存. 对6 nm厚的样品进行300 ℃退火后, 样品只具有铁磁性. 进行600 ℃退火后, 样品却只具有顺磁性. 12 nm 和6 nm 厚的Ge纳米结构薄膜随退火温度变化表现出不同的磁性规律, 我们认为是由于样品的颗粒大小和颗粒分布不同造成的. 样品越薄, Si基底与Ge薄膜之间的界面缺陷越明显, 界面缺陷以及Ge颗粒之间的界面缺陷为样品提供了未配对电子, 未配对电子的铁磁性耦合强度与样品颗粒的分布以及颗粒之间的结合有一定的关系. 颗粒之间分散或颗粒之间的融合程度大都将会降低样品的铁磁性.
    A series of Ge films with varying thickness is prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition technology. With the thickness of the sample becoming thinner, the sample shows ferromagnetism. When the 12-nm-thick sample is annealed at 300℃, the partile size becomes smaller, and thus the number of interface defects between the particles increases, so the sample gives a largest magnetic signal at room temperature (50 emu/cm3). FC-ZFC measurement shows that Curie temperature is 350 K. For a higher temperature (600 ℃, the coalescence of small Ge particles makes surface area decline, so magnetic signal becomes weak. With the thickness being 6 nm, the paramagnetism and the ferromagnetism coexist in the 6-nm-thick Ge film. When the 6-nm-thick sample is annealed under nitrogen atmosphere at 300 ℃, the sample only shows ferromagnetism. However, annealed at 600 ℃, the sample only presents paramagnetism. With the annealing temperature changing, the 12-nm-thick film and the 6-nm-thick film show different magnetic phenomena. Particle size and particle distribution cause different magnetic phenomena. It is supposed that the Ge nannostructure unpaired electrons are provided mainly by the interface defect between Si matyix and Ge film and the surface defect of Ge particles. The ferromagnetism coupling of the unpaired electrons is related to the distribution of sample particles and the junction among particles. The fusion between particles will reduce the ferromagnetism of the sample.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10804026, 51101049) 和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20111303120002)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10804026, 51101049) and the Specialized Research Fund for Doctoral Program of Higher Education Institutions of China (Grant No. 20111303120002).
    [1]

    Liu X, Bauer M, Bertagnolli H, Roduner E, van Slageren J, Phillipp F 2006 Phys. Rev. Lett. 97 253401

    [2]

    Wang W C, Kong Y, He X, Liu B X 2006 Appl. Phys. Lett. 89 262511

    [3]

    Pan H, Yi J B, Shen L, Wu R Q, Yang J H, Lin J Y, Feng Y P, Ding J, Van L H, Yin J H 2007 Phys. Rev. Lett. 99 127201

    [4]

    Droghetti A, Pemmaraju C D, Sanvito S 2010 Phys. Rev. B 81 092403

    [5]

    Zhao Q, Wu P, Li B L, Lu Z M, Jiang E Y 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1811

    [6]

    Neeleshwar S, Chen C L, Tsai C B, Chen Y Y, Chen C C 2005 Phys. Rev. B 71 201307

    [7]

    Madhu C, Sundaresan A, Rao C N R 2008 Phys. Rev. B 7 201306

    [8]

    Zakrassov A, Leitus G, Cohen S R, Naaman R 2008 Adv. Mater. 20 2552

    [9]

    Zhou J, Wang Q, Sun Q, Chen X S, Kawazoe Y, Jena P 2009 Nano Lett. 9 3867

    [10]

    Sepioni M, Nair R R, Rablen S, Narayanan J, Tuna F, Winpenny R, Geim A K, Grigorieva I V 2010 Phys. Rev. Lett. 105 207205

    [11]

    Makarova T L, Shelankov A L, Serenkov I T, Sakharov V I, Boukhvalov D W 2011 Phys. Rev. B 83 085417

    [12]

    Kopnov G, Vager Z, Naaman R 2007 Adv. Mater. 19 925

    [13]

    Yin Z G, Chen N F, Li Y, Zhang X W, Bai Y M, Chai C L, Xie Y N, Zhang J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 142109

    [14]

    Liou Y, Su P W, Shen Y L 2007 Appl. Phys. Lett. 90 182508

    [15]

    Liou Y, Shen Y L 2008 Adv. Mater. 20 779

  • [1]

    Liu X, Bauer M, Bertagnolli H, Roduner E, van Slageren J, Phillipp F 2006 Phys. Rev. Lett. 97 253401

    [2]

    Wang W C, Kong Y, He X, Liu B X 2006 Appl. Phys. Lett. 89 262511

    [3]

    Pan H, Yi J B, Shen L, Wu R Q, Yang J H, Lin J Y, Feng Y P, Ding J, Van L H, Yin J H 2007 Phys. Rev. Lett. 99 127201

    [4]

    Droghetti A, Pemmaraju C D, Sanvito S 2010 Phys. Rev. B 81 092403

    [5]

    Zhao Q, Wu P, Li B L, Lu Z M, Jiang E Y 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1811

    [6]

    Neeleshwar S, Chen C L, Tsai C B, Chen Y Y, Chen C C 2005 Phys. Rev. B 71 201307

    [7]

    Madhu C, Sundaresan A, Rao C N R 2008 Phys. Rev. B 7 201306

    [8]

    Zakrassov A, Leitus G, Cohen S R, Naaman R 2008 Adv. Mater. 20 2552

    [9]

    Zhou J, Wang Q, Sun Q, Chen X S, Kawazoe Y, Jena P 2009 Nano Lett. 9 3867

    [10]

    Sepioni M, Nair R R, Rablen S, Narayanan J, Tuna F, Winpenny R, Geim A K, Grigorieva I V 2010 Phys. Rev. Lett. 105 207205

    [11]

    Makarova T L, Shelankov A L, Serenkov I T, Sakharov V I, Boukhvalov D W 2011 Phys. Rev. B 83 085417

    [12]

    Kopnov G, Vager Z, Naaman R 2007 Adv. Mater. 19 925

    [13]

    Yin Z G, Chen N F, Li Y, Zhang X W, Bai Y M, Chai C L, Xie Y N, Zhang J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 142109

    [14]

    Liou Y, Su P W, Shen Y L 2007 Appl. Phys. Lett. 90 182508

    [15]

    Liou Y, Shen Y L 2008 Adv. Mater. 20 779

  • [1] 张硕, 龙连春, 刘静毅, 杨洋. 缺陷对铁单质薄膜磁致伸缩与磁矩演化的影响. 物理学报, 2022, 71(1): 017502. doi: 10.7498/aps.71.20211177
    [2] 张硕, 龙连春, 刘静毅, 杨洋. 分子动力学方法研究缺陷对铁单质薄膜磁致伸缩的影响. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211177
    [3] 王蓬, 孔平, 李然, 华云松, 厚美瑛, 孙其诚. 准二维湿颗粒体系融化过程中的结构与缺陷. 物理学报, 2021, 70(11): 116401. doi: 10.7498/aps.70.20202037
    [4] 张珠峰, 任银拴. 溶剂热制备铬掺杂硫化锌和硫化纳米结构和磁性能. 物理学报, 2021, 70(13): 137103. doi: 10.7498/aps.70.20201963
    [5] 王磊, 张冉冉, 方炜. 含缺陷碳纳米管及碳纳米豆荚静动力特性模拟研究. 物理学报, 2019, 68(16): 166101. doi: 10.7498/aps.68.20190594
    [6] 章建辉, 韩季刚. 控制纳米结构以调控氧化锌的发光、磁性和细胞毒性. 物理学报, 2015, 64(9): 097702. doi: 10.7498/aps.64.097702
    [7] 崔宏飞, 李凯, 杨晨光, 贺淑莉. (Fe1-xCox)3BO5纳米棒磁性的研究. 物理学报, 2015, 64(5): 057501. doi: 10.7498/aps.64.057501
    [8] 陈雪琼, 陈子阳, 蒲继雄, 朱健强, 张国文. 平顶光束经表面有缺陷的厚非线性介质后的光强分布. 物理学报, 2013, 62(4): 044213. doi: 10.7498/aps.62.044213
    [9] 李志文, 岂云开, 顾建军, 孙会元. 退火氛围对掺杂ZnO薄膜磁性的影响. 物理学报, 2012, 61(13): 137501. doi: 10.7498/aps.61.137501
    [10] 顾建军, 孙会元, 刘力虎, 岂云开, 徐芹. 结构相变对Fe掺杂TiO2薄膜室温铁磁性的影响. 物理学报, 2012, 61(1): 017501. doi: 10.7498/aps.61.017501
    [11] 丁斌峰, 相凤华, 王立明, 王洪涛. He+辐照对Ga0.94Mn0.06As薄膜铁磁性的改善. 物理学报, 2012, 61(4): 046105. doi: 10.7498/aps.61.046105
    [12] 张培健, 孟洋, 刘紫玉, 潘新宇, 梁学锦, 陈东敏, 赵宏武. 缺陷分布对Ag-SiO2薄膜电阻翻转效应的影响. 物理学报, 2012, 61(10): 107703. doi: 10.7498/aps.61.107703
    [13] 李明标, 张天羡, 史力斌. 氮掺杂(1120) ZnO 薄膜磁性质研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097504. doi: 10.7498/aps.60.097504
    [14] 岂云开, 顾建军, 刘力虎, 张海峰, 徐芹, 孙会元. Al/ZnO/Al薄膜的结构与磁性分析. 物理学报, 2011, 60(5): 057502. doi: 10.7498/aps.60.057502
    [15] 肖振林, 史力斌. 利用第一性原理研究Ni掺杂ZnO铁磁性起源. 物理学报, 2011, 60(2): 027502. doi: 10.7498/aps.60.027502
    [16] 张浩, 赵建林, 张晓娟. 带缺陷结构的二维磁性光子晶体的数值模拟分析. 物理学报, 2009, 58(5): 3532-3537. doi: 10.7498/aps.58.3532
    [17] 张凯旺, 钟建新. 缺陷对单壁碳纳米管熔化与预熔化的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3679-3683. doi: 10.7498/aps.57.3679
    [18] 刘妍妍, 刘发民, 石 霞, 丁 芃, 周传仓. 钙钛矿型纳米BaFeO3的制备、结构表征及铁磁性研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7274-7278. doi: 10.7498/aps.57.7274
    [19] 夏志林, 邵建达, 范正修. 薄膜体内缺陷对损伤概率的影响. 物理学报, 2007, 56(1): 400-406. doi: 10.7498/aps.56.400
    [20] 孙贤开, 林碧霞, 朱俊杰, 张 杨, 傅竹西. LP-MOCVD异质外延ZnO薄膜中的应力及对缺陷的影响. 物理学报, 2005, 54(6): 2899-2903. doi: 10.7498/aps.54.2899
计量
  • 文章访问数:  3672
  • PDF下载量:  500
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-25
  • 修回日期:  2012-09-08
  • 刊出日期:  2013-02-05

Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究

  • 1. 河北省新型薄膜材料实验室, 河北师范大学物理科学与信息工程学院, 石家庄 050024;
  • 2. 河北工程技术高等专科学校图书馆, 沧州 061001
    基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10804026, 51101049) 和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20111303120002)资助的课题.

摘要: 利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了厚度不同的Ge薄膜, 随着样品厚度的减小, 样品表现出了室温铁磁性. 厚度为12 nm样品经过300 ℃退火后, 由于颗粒细化, 颗粒之间的界面增加, 界面缺陷增加, 样品表现出最大的铁磁性 (50 emu/cm3). 场冷却和零场冷却曲线测试表明居里温度约为350 K. 进行600 ℃退火后, 颗粒团聚, 样品的铁磁性最小. 当样品厚度进一步减小为6 nm时, 沉积态样品表现出铁磁性和顺磁性共存. 对6 nm厚的样品进行300 ℃退火后, 样品只具有铁磁性. 进行600 ℃退火后, 样品却只具有顺磁性. 12 nm 和6 nm 厚的Ge纳米结构薄膜随退火温度变化表现出不同的磁性规律, 我们认为是由于样品的颗粒大小和颗粒分布不同造成的. 样品越薄, Si基底与Ge薄膜之间的界面缺陷越明显, 界面缺陷以及Ge颗粒之间的界面缺陷为样品提供了未配对电子, 未配对电子的铁磁性耦合强度与样品颗粒的分布以及颗粒之间的结合有一定的关系. 颗粒之间分散或颗粒之间的融合程度大都将会降低样品的铁磁性.

English Abstract

参考文献 (15)

目录

    /

    返回文章
    返回