非故意掺杂碳对ZnMnO:N磁性影响的实验与理论研究

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吴孔平, 顾书林, 朱顺明, 黄友锐, 周孟然. 2012: 非故意掺杂碳对ZnMnO:N磁性影响的实验与理论研究, 物理学报, 61(5): 439-444.
引用本文: 吴孔平, 顾书林, 朱顺明, 黄友锐, 周孟然. 2012: 非故意掺杂碳对ZnMnO:N磁性影响的实验与理论研究, 物理学报, 61(5): 439-444.
2012: Experimental and theoretical studies on the influence of unintentionally doped carbon on magnetic properties in ZnMnO:N, Acta Physica Sinica, 61(5): 439-444.
Citation: 2012: Experimental and theoretical studies on the influence of unintentionally doped carbon on magnetic properties in ZnMnO:N, Acta Physica Sinica, 61(5): 439-444.

非故意掺杂碳对ZnMnO:N磁性影响的实验与理论研究

Experimental and theoretical studies on the influence of unintentionally doped carbon on magnetic properties in ZnMnO:N

  • 摘要: 利用金属有机源化学气相沉积技术,通过改变受主掺杂源和导入氢气并提高生长压力来逐步抑制C的办法,在蓝宝石上外延了Mn,N共掺ZnO薄膜.X射线衍射显示所有样品都具有良好的单轴取向.ZnMnO:N样品的Raman光谱中C元素相关的振动模明显消失.同时van der Pauw法Hall效应测量表明,通过逐步对C的抑制,样品由n型导电转变成p型导电,这主要是由于C与N形成复合体取代O位(CN)_O,具有最低形成能且充当浅施主.对N,Mn共掺ZnO晶体的第一性原理模拟计算显示了N,Mn共掺ZnO的态密度在Fermi能级处存在较强的自旋极化,表明N 2p电子与Mn 3d电子之间存在较强的p-d相互作用,形成磁性束缚激子产生磁矩.一旦引入C后,C,N形成复合体取代O位,导致体系磁性减弱或者消失.模拟计算结果与实验表征分析结果一致表明:对于Mn,N共掺ZnO薄膜样品,引入C与N形成复合体取代O位,Mn,N共掺ZnO薄膜磁性减弱或消失.因此,Mn 3d电子与N 2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子决定了Mn,N共掺ZnO薄膜室温铁磁信号的产生.
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出版历程

非故意掺杂碳对ZnMnO:N磁性影响的实验与理论研究

  • 安徽理工大学电气与信息工程学院,淮南,232001
  • 南京大学电子科学与工程学院,南京,210093

摘要: 利用金属有机源化学气相沉积技术,通过改变受主掺杂源和导入氢气并提高生长压力来逐步抑制C的办法,在蓝宝石上外延了Mn,N共掺ZnO薄膜.X射线衍射显示所有样品都具有良好的单轴取向.ZnMnO:N样品的Raman光谱中C元素相关的振动模明显消失.同时van der Pauw法Hall效应测量表明,通过逐步对C的抑制,样品由n型导电转变成p型导电,这主要是由于C与N形成复合体取代O位(CN)_O,具有最低形成能且充当浅施主.对N,Mn共掺ZnO晶体的第一性原理模拟计算显示了N,Mn共掺ZnO的态密度在Fermi能级处存在较强的自旋极化,表明N 2p电子与Mn 3d电子之间存在较强的p-d相互作用,形成磁性束缚激子产生磁矩.一旦引入C后,C,N形成复合体取代O位,导致体系磁性减弱或者消失.模拟计算结果与实验表征分析结果一致表明:对于Mn,N共掺ZnO薄膜样品,引入C与N形成复合体取代O位,Mn,N共掺ZnO薄膜磁性减弱或消失.因此,Mn 3d电子与N 2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子决定了Mn,N共掺ZnO薄膜室温铁磁信号的产生.

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