摻鐵TiO2稀磁半導體的結構和磁學特性.pdf

1、尋找一種材料既具有半導體性質(zhì),又具有鐵磁性質(zhì)是一項長期而艱巨的任務,因為這兩種材料的晶格結構和化學鍵性質(zhì)有很大的差別.鐵磁半導體是一種理想的材料,它既是半導體,又有較高的居里溫度.實驗上尋找高居里溫度的二氧化鈦基鐵磁半導體的研究,也有了一些進展.
　　在這篇論文中,為了尋找一種兼具鐵磁性和半導體性質(zhì)的鐵磁性稀磁半導體材料,我們利用溶膠-凝膠法制備了二氧化鈦及摻雜鐵的二氧化鈦粉末樣品,其中摻雜鐵的濃度分別為0.01,0.02,0.0

2、3,0.04,0.05.通過X射線衍射儀,擴展X射線吸收精細結構譜和振動樣品磁強計,分別對二氧化鈦及摻鐵二氧化鈦粉末樣品的結構和磁學性質(zhì)進行了分析和討論.
　　利用X射線衍射儀對樣品進行了結構分析,并利用Cohen法和Scherrer公式計算了樣品的晶格常數(shù)和粒徑.從X射線衍射圖譜中,觀察到在500℃煅燒溫度下出現(xiàn)純銳鈦礦相二氧化鈦.在800℃煅燒溫度,出現(xiàn)純金紅石相二氧化鈦.銳鈦礦相到金紅石相的相轉變溫度為500～800℃煅燒溫

3、度.隨著摻雜鐵濃度的增加二氧化鈦的衍射峰出現(xiàn)寬化現(xiàn)象,粒徑有減小的趨勢,摻雜后的二氧化鈦的晶粒的尺寸由13.4 nm減小到8.7 nm.這可能是由于鐵離子的摻雜延緩了二氧化鈦的生長速度.除摻雜3％鐵的二氧化鈦的晶格常數(shù)大于二氧化鈦的晶格常數(shù)以外,其它樣品的晶格常數(shù)都小于二氧化鈦的晶格常數(shù).
　　為了知道摻雜鐵原子周圍原子的分布,分別對摻雜濃度為1%,3%,5%的樣品進行了Fe K-edge的EXAFS測量.結果顯示摻雜鐵1%和3%

4、樣品的EXAFS振蕩譜線和徑向分布函數(shù)非常相似,說明這兩種樣品中鐵原子周圍原子的種類和分布是基本上相同的.擬合結果顯示三種樣品中都沒有氧缺位,摻雜鐵1%和3%的樣品周圍原子都是氧原子,沒有鐵原子,說明鐵原子完全取代了鈦原子位置,但是摻雜鐵5%樣品中部分鐵原子之間形成了Fe–Fe結合.
　　我們選擇摻雜濃度為1%,3%,5%的樣品，利用振動樣品磁強計測量后分析了它們的磁學特性.測量結果顯示,樣品都呈現(xiàn)室溫順磁性,且順磁性磁化率分別為