新型ZnO基稀磁半导体薄膜的制备及性能研究

理论上建立起ZnO材料的Mn掺杂和Co掺杂从而实现其铁磁特性的各自的物理模型，明确Zn1-xTMxO（TM=Mn、Co）稀磁半导体薄膜生长的各种动力学过程，包括TM元素在ZnO中的固溶、TM2+离子与其周围局域载流子（电子或空穴）之间的自旋磁矩相互作用的sp-d交换耦合等过程，阐明这些因素对Zn1-xTMxO薄膜磁特性的影响。实验上采用电子束反应蒸发技术在白宝石衬底上生长Zn1-xTMxO薄膜，对比研究用不同的TM元素掺杂（包括共掺杂）的Zn1-xTMxO薄膜各自的生长条件与薄膜磁特性间的关系，进而选择各自最佳的共掺杂元素组合、掺杂剂量和生长参数，分别获得居里温度高于77K的Zn1-xTMxO稀磁半导体薄膜。由于稀磁半导体与非磁性半导体相比具有可调节的自旋自由度，因此，无论在探索新型氧化物稀磁电子学材料及其生长机制方面，还是在潜在的自旋电子学器件应用方面，都具有重大的科学意义和研究价值。