Zn1-x Co x O晶体薄膜的铁磁特性与结构研究

"这篇论文详细探讨了Zn1-x Cox O晶体薄膜的结构和铁磁特性，通过电子束反应蒸发法在不同衬底温度下制备，并进行了XRD、UV-VIS和PPMS等实验分析。研究发现，Zn1-x Cox O薄膜在低温下呈现出强烈的c-轴取向，Co离子的部分替代并未破坏ZnO的纤锌矿结构，而薄膜表现出铁磁性，其居里温度高于室温，这为Zn1-x Cox O在自旋电子器件的应用提供了可能性。" 在这篇2008年的自然科学论文中，作者主要关注的是Zn1-x Cox O晶体薄膜的结构和磁性性质，这是一种潜在的稀磁半导体（DMS）材料。研究采用了一种名为电子束反应蒸发法（REBE）的技术，在硅和石英玻璃衬底上生长晶体薄膜。通过实验，他们发现在250℃的衬底温度下，Zn1-x Cox O薄膜有高度的c-轴取向，这意味着晶体结构沿着c轴方向高度有序。随着衬底温度升高到350℃和500℃，X-射线衍射（XRD）结果显示多晶峰更为明显且强度增强。 紫外-可见光（UV-VIS）光谱分析揭示，钴离子（Co）可以部分替代锌离子（Zn）进入ZnO晶格，但这一过程并未改变ZnO原有的纤锌矿结构，这是一种六角形紧密堆积的晶体结构。这表明Co的掺入是均匀且不影响基本晶体结构的稳定性。 进一步使用物理特性测量系统（PPMS）测量了Zn1-x Cox O薄膜的磁特性，包括M-H（磁场-磁化强度）和M-T（磁化强度-温度）曲线。这些测量结果表明，Zn1-x Cox O薄膜展现出铁磁性，而且其居里温度（Tc）位于室温之上。这一特性对于自旋电子学领域至关重要，因为具有室温以上居里温度的材料可以应用于实际的自旋电子器件，比如在未来可能的量子计算机中。 通常，传统的稀磁半导体如Mn掺杂的GaAs或ZnSe，其居里温度较低，限制了它们在高温环境下的应用。然而，Zn1-x Cox O薄膜的发现打破了这一限制，为研发更高性能的自旋电子器件提供了新的材料基础。因此，这项研究对于推动自旋电子学的发展和探索新的磁性材料具有深远的意义。