CeO-,2-納米顆粒的制備及室溫鐵磁性研究.pdf

1、自旋電子學(xué)是一門最新發(fā)展起來(lái)的涉及磁學(xué)、電子學(xué)以及信息學(xué)的交叉學(xué)科。其中有希望作為未來(lái)自旋電子器件主要材料的稀磁半導(dǎo)體(DMS)引起了人們的極大興趣。稀磁半導(dǎo)體通常是將磁性過(guò)渡族金屬離子或稀土離子部分的替代半導(dǎo)體中或絕緣體的非磁性離子，從而使半導(dǎo)體具有鐵磁性。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，人們一直在尋找具有室溫鐵磁性的DMS。其中Dietl等人在2000年在Science上通過(guò)理論預(yù)言，Mn摻雜的ZnO和GaN具有鐵磁性，其居里溫度大于室溫。最

2、近幾年，室溫鐵磁性已經(jīng)在很多摻雜的半導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)，例如3d過(guò)渡金屬摻雜的ZnO，TiO2，SnO2，In2O3和CeO2等等。然而令人料想不到的是，最近世界上好幾個(gè)研究小組在未摻雜的上述納米結(jié)構(gòu)的氧化物中也觀察到了室溫鐵磁性，被喻為“dO鐵磁性”。這種鐵磁性產(chǎn)生的機(jī)理尚不明確，對(duì)我們已有的磁性理論基礎(chǔ)提出很大的挑戰(zhàn)，因此還需要做大量研究工作以探究磁性起源。 本文利用多種化學(xué)方法，包括溶膠凝膠法、超聲共沉淀法、微乳法、均相沉淀法等制

3、備了純的以及Co或Fe摻雜的CeO2納米顆粒，利用X射線光電子譜(XPS)、X射線衍射(XRD)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)、自旋回波核磁共振譜儀(NMR)，高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、和激光拉曼光譜(Raman)分別對(duì)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、化合價(jià)態(tài)和磁進(jìn)行了表征。將樣品在氫氣中退火，通過(guò)改變還原溫度，還原時(shí)間，還原氣氛以改變樣品中氧空位的量，進(jìn)而測(cè)量樣品的磁性，以研究CeO2中磁性與樣品中氧空位的關(guān)系。用XPS測(cè)試了未摻雜的，在不同

4、條件下還原的樣品的表面Ce離子的價(jià)態(tài)。將XPS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)擬合，然后半定量計(jì)算了顆粒表面層的Ce3+離子的濃度，以研究其與樣品磁性的關(guān)系。研究結(jié)果表明： 1)用不同化學(xué)方法初始制備的未摻雜的CeO2納米顆粒都具有室溫鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度在同一數(shù)量級(jí)。其中超聲共沉淀法最初制備的顆粒均勻，直徑較小，磁性最強(qiáng)。 2)用溶膠凝膠法以及超聲共沉淀法制備的Co或Fe離子摻雜的CeO2納米顆粒也具有室溫鐵磁性。但摻雜和未摻雜樣品的飽和磁化

5、強(qiáng)度并無(wú)明顯區(qū)別。 3)將溶膠凝膠法制備的摻雜的以及純的在320℃H2/Ar中還原后，磁性有所增強(qiáng)。通過(guò)Raman光譜發(fā)現(xiàn)，在580cm-1處代表氧空位的伴峰增強(qiáng)。證明磁性與氧空位有關(guān)，但這并不能說(shuō)明磁性來(lái)源于氧空位。 4)將超聲共沉淀法、水熱法、均相沉淀法和醇水法制備的CeO2納米顆粒在H2/Ar中不同還原溫度，不同還原時(shí)間進(jìn)行退火。發(fā)現(xiàn)樣品的磁性隨著其還原程度的增高，先增大后減小。 5)將在不同還原條件下處理