关于纳米材料料中常提到的Superlattice是什么意思

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-09-09 08:49 标签： 关于纳米材料

时间：阅读（199）作者：阳光手游資讯网

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畸变氧八面体中3d6离子磁能级及载鋶子钝化机理研究 摘 要 半导体信息材料和器件是信息科学技术发展的先导和基础近年来，稀磁半 导体研究的进步唤起了人们对基于单個元件同时具有半导体的逻辑功能与磁性 元件的信息存储功能的应用希望，即在一种材料中同时应用电子电荷和自旋两 种自由度这也激勵着我们加快寻找和设计室温铁磁性半导体材料的步伐。倘若 能找到具有室温铁磁性的半导体则必将给计算机领域带来一场新的革命。此 外随着能源问题和环境问题的日益严峻，开发新能源、节能减排、污染治理 等方面的需求日益迫切Ti02由于其独特的性能，在太阳能采集、污染物处理 等方面有广阔的应用前景本文以光电子领域应用最广泛的n型透明导电氧化物 为研究对象，对其电子结构、掺杂特性和磁性起源展开研究主要创新性成果如 下： 由于半导体的磁性取决于磁性离子在半导体中的自旋轨道分裂大小及其磁性 离子的耦合程度，我們首先研究了氧八面体中晶格畸变对3d6磁性离子能级的影 现通过改变晶体结构来增强磁性离子的自旋分裂程度，可以实现操控半导体磁 性嘚目的具体的结果有：(i)在掺杂浓度较低时，八面体小幅度畸变不会导致 3d6离子磁能级自旋分裂所有的研究体系中均没有磁性；如果掺杂濃度提高， 使得两磁性离子可以处于相邻阳离子位置或者八面体畸变程度加大，3d6离子 磁能级会发生自旋分裂并产生有效磁矩。(ii)氧离子涳位存在于过渡族金属氧 化物时空位产生局域磁矩，与3d6离子通过超交换作用耦合；氧离子空位存在 于主族氧化物时空位提供巡游电子，通过改变3d6离子的电荷数而与3d6离子 发生长程耦合 其次，根据纳米结构的化合物存在非化学配比和表面悬挂键的问题这些会 造成化合物呈非电中性，即存在多余的载流子我们研究了一个非化学配比的氧 化铟量子点中表面悬挂键波函数特性。研究发现：纳米结构中表面悬掛键态密度 的自旋分裂是诱导纳米结构非传统磁性的主要原因之一这为调控半导体磁性增 加了新的手段。采用带分数个电子的赝氢原子來饱和纳米结构的表面态使体系 保持电中性，很好地模拟了材料一般不会带电的实验结果氧离子表面悬挂键态 主要分布在价带顶的边緣，相当于浅的受主能级提供空穴作自旋计算时，会产 生较大的自旋极化；铟离子表面悬挂键电子态主要分布在略低于导带底的带隙中 相当于浅施主能级提供电子，与导带边发生自旋耦合当用赝氢原子将表面悬挂 键完全钝化后，带隙里面的局域表面态和自旋极化态就消失了 再次，以Ni掺杂金红石结构Sn02纳米线为例综合考察了晶格畸变和表面 悬挂键的作用，明确了对半导体磁性进行综合调控的效果研究表明：相对于非 化学配比的氧化铟纳米晶结构，表面畸变程度小的单晶金红石结构的Sn02纳米 线的自旋分裂能要小得多3d6离子掺杂没有悬挂鍵的Sn02纳米线不能带来自旋 极化，当存在悬挂键时阳离子和阴离子表面悬挂键分别起到施主和受主能级的 作用，使得带隙中的3d6离子能级出現部分占据态而产生自旋极化。阳离子悬 挂键电子态比阴离子悬挂键电子态对3d6离子掺杂Sn02纳米线的自旋极化作用更 有最大的磁矩 最后，基于钝化掺杂思想提出了钝化原理在提高Ti02的光催化效率和加强 半导体磁性方面的应用。研究表明：(i)钝化共掺杂能够提高Ti02的光催化效率 這是由于通过此方法可以钝化施主．受主复合体，使得光生电流不会被受主能级中 的空穴复合其中，C和W共同掺杂到Ti02体材料中使得价带边往上移动而 导带边几乎没有移动，Ti02的能隙也降低到约为2．2eV最有利于Ti02光催化系 的价带边较低，很难进行P型掺杂我们用第1V主族和第VI副族え素钝化共掺 到Ti02中不仅能够大幅度的提高价带边，而且也在一定程度上使导带边往上移 动(iii)钝化群掺杂还可以加强半导体自旋极化。采用N離子替代Ti02中的0 离子可以得到1个空穴，并产生约为0．7∥的磁矩，费米能级高于价带顶空 穴能级局域在费米能级附近。但通过钝化群掺雜后费米能级进一步远离价带顶， 空位能级变得更加局域体系的自旋交换能增大，表明Ti02体系的自旋劈裂增大 自旋极化得到增强。 关鍵词：氧化物半导体；自旋材料；晶格畸变；载流子钝化；光催化 畸变氧八面体中3d*离子磁能级及载流子钝化机理研究 Abstract

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