掺杂二氧化铬的半金属性和磁性能研究

发布时间：2017-08-24 08:46

  本文关键词：掺杂二氧化铬的半金属性和磁性能研究

  更多相关文章： CrO_2 形成能 电子结构 各向异性能 Sn掺杂 磁性能

【摘要】：近年来,CrO_2由于其在自旋电子器件中广泛的应用前景和特殊的性质而备受关注。但CrO_2是热力学亚稳相,若想将其成功应用到器件中仍有很多难题需要攻克。本论文主要通过理论计算和实验相结合的方法来探究掺杂对于Cr O_2各项性能的影响,以便于其能够更好地应用到器件中。论文主要内容如下:1、根据第一性原理计算了Ti、Sn、Ru三种元素掺杂Cr O_2的电子结构和各向异性能。发现Ti和Ru元素高浓度掺杂CrO_2是可能实现的,但对于Sn掺杂而言,其掺杂浓度就要低很多。将Ti和Sn掺杂进入Cr O_2其仍然保持良好的半金属性,当Ru掺杂时CrO_2的半金属性随着Ru掺杂的浓度和位置不同破坏情况也不同。对于Ti和Sn掺杂Cr O_2,它的磁晶各向异性能随着掺杂浓度增加而缓慢降低,但一直沿着[001]方向。然而对于Ru掺杂CrO_2,它的磁晶各向异性能和易轴方向,和Ru的掺杂浓度及掺杂位置都有很大关联。2、研究在不同衬底上生长的CrO_2薄膜。薄膜中的应力由衬底决定。发现CrO_2薄膜在TiO_2(110)衬底上属于无应力生长;在TiO_2(110)/SnO_2衬底上生长会出现面外方向拉伸现象;在TiO_2(100)/SnO_2衬底上生长则面内方向拉伸,而面外方向被压缩。在进行磁性分析时,发现不同衬底上生长(110)晶面Cr O_2薄膜面内易轴方向的矫顽力都是随着薄膜厚度的减小而增大;而面内各项异性能却随着薄膜厚度的减小而减小。薄膜的磁性能如此依赖取向和衬底的原因可归结于薄膜中应力的变化。3、在TiO_2(110)衬底上制备了Sn掺杂CrO_2薄膜。发现Sn元素掺入CrO_2薄膜,会改变其晶格常数,并且晶格常数改变的大小不仅和掺杂浓度有关,还与薄膜的厚度相关。对于磁性能,Sn离子的掺入增加了畴壁的定扎中心从而使得易轴方向的矫顽力增大;而非磁性Sn4+替换磁性Cr4+降低了Cr O_2薄膜的饱和磁场。对难轴翻转场的分析发现,掺杂会导致难轴翻转场减小,表明掺杂降低了薄膜的磁各向异性。随着Sn浓度的增加,掺杂薄膜的矫顽力也在增大。并且Sn掺杂浓度越高,薄膜的各向异性能越小,这与理论计算结果一致。
【关键词】：CrO_2 形成能 电子结构 各向异性能 Sn掺杂 磁性能
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.11;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 自旋电子学9
• 1.2 GMR效应9-11
• 1.3 TMR效应11-13
• 1.4 自旋电子学应用13-14
• 1.5 半金属磁体14-15
• 1.6 CrO_2的物理、化学性质15-17
• 1.7 论文的立意与安排17-19
• 第2章 计算及实验的理论基础和方法19-25
• 2.1 基于密度泛函理论的第一性原理计算19-20
• 2.2 VASP20
• 2.3 薄膜的制备20-22
• 2.4 薄膜的表征22-25
• 2.4.1 X射线衍射仪22-23
• 2.4.2 振动样品磁强计(VSM)23
• 2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)23-25
• 第3章 掺杂CrO_2半金属性和磁性能25-40
• 3.1 引言25-26
• 3.2 理论模型与方法26-27
• 3.3 Ti、Sn、Ru掺杂CrO_2的电子结构27-37
• 3.3.1 均匀掺杂27-35
• 3.3.2 非均匀掺杂35-37
• 3.4 Ti、Sn、Ru掺杂CrO_2的磁性特征37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 CrO_2薄膜的制备及磁性能40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 CrO_2单晶薄膜制备方法40-41
• 4.3 不同衬底(110)晶面CrO_2薄膜41-45
• 4.4 不同厚度TiO_2(100)/SnO_2/CrO_2薄膜45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 Sn掺杂CrO_2薄膜磁性分析49-58
• 5.1 引言49
• 5.2 Sn掺杂CrO_2薄膜的制备49-50
• 5.3 (110)晶面不同厚度 4.5%Sn掺杂CrO_2薄膜50-55
• 5.4 (110)晶面不同浓度Sn掺杂CrO_2薄膜55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 结论与展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目66

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本文编号：730339