磁性氧化物/半导体纳米复合材料的特性研究

发布时间：2021-10-10 21:59

　　随着人类迈入大规模信息和多媒体时代,飞速发展的信息科技要求电子器件的存储密度最高,速度更快,功耗更低,尺寸更小及重量更轻。然而由于量子效应以及摩尔定律等限制,传统的电子器件微型化过程遇到了难以逾越的困境。而将电子的自旋属性与信息科技的关键材料一半导体材料结合起来,被认为是解决当前困境的一种方法,因而成为了当前研究的热点方向之一Fe3O4是一种亚铁磁性的半金属材料,其费米面处理论上具有100%的自旋极化率,居里温度高于室温（858 K）并且与半导体电导率匹配较好,因而很适合作为半导体器件的自旋注入源,也逐渐成为自旋电子学领域的研究热点。本论文主要以Fe3O4/半导体复合结构为研究对象,研究了不同形态下的的Fe3O4（颗粒,薄膜）与各种半导体材料（Ⅳ Si,Ⅲ-ⅤGaAs和Ⅱ-Ⅵ ZnS）复合结构的磁性、表界面影响以及磁输运性质。主要结论如下：1.采用脉冲激光沉积方法在Si基底上成功制备出高质量（111）取向生长Fe3O4薄膜,并且对其结构,形貌,基本磁性及磁输运性能进行了系统的研究。我们发现生长工艺（例如沉积温度,退火温度等）的不同对薄膜的结构以及磁性能影响很大。高温退火后的Fe3O4薄... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 基础磁性到自旋电子学
        1.1.2 磁性氧化物/半导体复合材料
    1.2 基本磁学概念及理论
        1.2.1 铁氧体
        1.2.2 反尖晶石结构Fe_3O_4的磁性
        1.2.3 奈尔亚铁磁性自发磁化分子场理论
    1.3 磁各向异性
        1.3.1 磁晶各向异性
        1.3.2 表面和界面磁各项异性
        1.3.3 形状各向异性
    1.4 磁化动力学过程
        1.4.1 阻尼进动和LLG方程
        1.4.2 铁磁共振线宽及磁性弛豫现象
    1.5 磁电阻理论
        1.5.1 正常磁电阻(OMR)
        1.5.2 各向异性磁电阻(AMR)
        1.5.3 巨磁电阻(GMR)
        1.5.4 庞磁电阻(CMR)
    1.6 Fe_3O_4/半导体异质结的研究现状
        1.6.1 Fe_3O_4薄膜的磁电阻
        1.6.2 core-shell结构Fe_3O_4/半导体复合材料
        1.6.3 二维结构Fe_3O_4薄膜/半导体异质结
    1.7 本论文的工作及结构
    参考文献
第二章 基本实验方法及测试原理
    2.1 化学方法制备Fe_3O_4纳米材料
        2.1.1 Fe_3O_4纳米颗粒的制备方法
        2.1.2 Fe_3O_4/ZnS core-shell结构纳米复合材料制备方法
    2.2 薄膜制备方法
        2.2.1 激光脉冲沉积法(pulsed laser deposition)
        2.2.2 磁控溅射法(magnetron sputtering)
        2.2.3 分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy,MBE)
    2.3 样品的结构与形貌表征
        2.3.1 X射线衍射
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)
    2.4 样品的磁性能表征
        2.4.1 振动样品磁强计
        2.4.2 磁输运测量
        2.4.3 铁磁共振(FMR)
    参考文献
第三章 Fe_3O_4/Si薄膜的制备及磁性能研究
    3.1 引言
    3.2 Fe_3O_4薄膜的制备及表征
        3.2.1 靶材的制备
        3.2.2 PLD法制备Fe_3O_4薄膜
    3.3 高温退火对Fe_3O_4薄膜磁性能的影响
        3.3.2 退火对薄膜基本磁性的影响
        3.3.3 退火对薄膜磁输运性能的影响
    3.4 Fe_3O_4薄膜中的反常正磁阻现象
        3.4.1 结构及表面形貌分析
        3.4.2 XMCD测量
        3.4.3 磁性及磁输运测量
    3.5 磁织构各向异性
        3.5.1 薄膜的制备与表征
        3.5.2 面外铁磁共振测量及理论拟合
        3.5.3 磁织构各向异性及其表达式
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 (Au)/Fe_3O_4/GaAs单晶超薄膜的铁磁共振研究
    4.1 引言
    4.2 (Au)/Fe_3O_4/GaAs单晶超薄膜的制备与磁性
    4.3 铁磁共振测量及角度依赖共振场理论拟合
        4.3.1 共振场拟合公式推导
        4.3.2 磁场在xz平面内(薄膜面外)的FMR角度依赖共振场的拟合参数
        4.3.3 磁场在薄膜平面内的FMR角度依赖共振场的拟合参数
    4.4 角度依赖铁磁共振线宽理论、弛豫机制及拟合结果
        4.4.1 铁磁共振本征线宽的理论推导：变化外磁场从平行于膜面变化到垂直于薄膜平面
        4.4.2 面外铁磁共振线宽拟合结果
    4.5 面内铁磁共振测量及理论拟合
        4.5.1 面内铁磁共振线宽理论及其弛豫机制
        4.5.2 单晶薄膜面内铁磁共振线宽的拟合
    4.6 本章小结
    参考文献
第五章 Fe_3O_4/ZnS core-shell结构磁性发光多功能复合纳米材料的制备及磁特性研究
    5.1 引言
    5.2 Fe_3O_4/ZnS球壳结构磁性纳米颗粒的制备
        5.2.1 Fe_3O_4纳米颗粒的制备
        5.2.2 形貌与结构表征
        5.2.3 ZnS层的包覆
        5.2.4 Fe_3O_4/ZnS球壳结构磁性纳米颗粒的形貌与结构表征
    5.3 Fe_3O_4/ZnS球壳结构磁性纳米颗粒系统的自旋输运研究
        5.3.1 输运样品制备
        5.3.2 电性测量
        5.3.3 磁输运测量
    5.4 本章小结
    参考文献
博士期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展[J]. 李成魁,祁红璋,严彪.  上海金属. 2009(04)



本文编号：3429225