(Zn,Co)O稀磁半导体中的团聚及其空间分布的调控与磁性驱动机理

迄今关于稀磁半导体的室温铁磁性的产生机制尚不明朗。室温稀磁半导体的发现者之一Dietl研究组提出，除了缺陷态能级劈裂和杂质能带交换作用等电子结构因素诱导铁磁性以外，掺杂剂的纳米尺度范围内的局部团聚和长程范围内的有效组织也可能是实现稀磁半导体的宏观铁磁性的有效渠道。然而,这一纳米尺度范围内的微小重组调控材料宏观性质的有趣模型尚缺乏系统的实验支持。.本项目将沿着这一思路，以(Zn,Co)O稀磁半导体作为模型系统，开展以掺杂剂纳米尺度分布来调控材料宏观铁磁性的实验研究。我们将制备Co掺杂ZnO稀磁半导体超薄膜和纳米结构，诱发Co掺杂离子在母体内的局部分布，试图得到一系列不同团聚特征的样品，并观察局部团聚、浓区浓度、浓区/稀区尺度和有序性等一系列的团聚特征参数对于最终材料磁性的磁载流子性质、饱和磁化强度和矫顽力等参数的影响，建立以掺杂剂团聚的几何分布来诱导和调控稀磁半导体的室温铁磁性的物理图像。

我们在本项目所支持的稀磁半导体(DMS)及相关领域开展了系统工作，完成了预定研究任务，取得了若干有创新性的研究成果。三年来发表论文9篇，包括JACS、Small、OE各一篇和APL、JPD各两篇；并申请发明专利1项。主要发展了ZnO DMS的微结构电子谱像检测技术，首先将二次电子诱发的电子能量损失特征应用于单个DMS纳米颗粒的电子结构精细研究，实现了纳米空间分辨和近光学能量分辨的掺杂剂能级观察；并结合第一性原理计算，直接从电子结构角度提出了能带耦合的室温磁性机制。