无磁性离子掺杂半导体材料的缺陷和磁性研究

自旋电子学是当前磁学研究领域的前沿课题，它与半导体紧密结合。自旋电子学的重要问题就是如何实现半导体材料内部的高效率的自旋注入。由于半导体材料相互间本身能带的匹配，如果我们能实现在半导体材料中实现内禀的铁磁性，那么将在半导体材料中实现高效率的自旋注入，从而为将来的自旋电子学打下坚实的材料基础。目前困扰的最主要问题就是如何在半导体实现室温的铁磁性。理论预言了磁性掺杂ZnO的铁磁性。但是实验结果却千差万别，到目前为止，仍然没有任何公认的关于ZnO通过磁性掺杂获得内禀铁磁性的报道。理论的计算表明，磁性掺杂在ZnO中只有反铁磁交换作用，无法实现铁磁性。但是ZnO本身的缺陷，Zn位上的缺陷，将导致铁磁性。为了真正解决在半导体中实现室温铁磁性的问题，我们将深入研究纯ZnO中的缺陷种类，以及如何实现和控制缺陷类型和密度，确立ZnO中缺陷形态对磁性性质的影响，从而期望真正实现在半导体中的室温铁磁性。