钙钛矿结构自旋及电荷调控掺杂BaTiO3新型磁性氧化物材料的探索

钙钛矿型氧化物蕴含着庞磁电阻、超导、铁电、介电、热释电、压电、光电等十分丰富的物理性质，其中铁磁性半导体作为一类重要的自旋电子学材料，由于其潜在的应用背景而备受关注。一般的磁性半导体，如III-V族化合物和过渡金属氧化物TiO2或ZnO只能通过单一的掺杂元素来调控其磁性和输运行为，本项目提出用两个元素在BaTiO3母体材料上同时实现自旋及电荷掺杂。通过改变掺杂元素和掺杂量，系统地研究自旋及电荷掺杂BaTiO3 (包括块材和薄膜)体系的结构、电输运、热输运、磁性、霍尔效应以及介电性质，实现对BaTiO3母体材料自旋和电荷的独立调控；同时开展薄膜样品光诱导效应方面的研究，揭示其作用规律及机理，可能导致新的物理现象和功能材料的发现，以期为设计和探索新型的、具有应用背景的磁性半导体材料提供实验和理论依据。

钙钛矿型过渡金属氧化物蕴含着庞磁电阻、超导、铁电、介电、热释电、压电、光电等十分丰富的物理性质。其中，磁性半导体作为一类重要的自旋电子学材料，由于其潜在的应用背景而备受关注。一般的磁性半导体，如III-V族化合物和过渡金属氧化物TiO2或ZnO只能通过单一的掺杂元素来调控其磁性和输运行为。本项目原计划通过两个元素在Ba(Sr)TiO3母体材料中同时实现自旋和电荷掺杂：通过自旋掺杂引入磁性原子，通过电荷掺杂引入载流子，希望通过引入的载流子作为媒介，从而使引入的磁性原子发生交换作用，使绝缘体BaTiO3变成磁性的半导体。制备了一系列的Ba1-x-yLax+yTi1-xMxO3(M= Cr,Fe,Co) 和Sr1-x-yLax+yTi1-xCoxO3样品，通过磁、输运性质的测量，结果显示Ba1-x-yLax+yTi1-xMxO3(M= Cr,Fe,Co) 样品都表现出类居里外斯顺磁性，其中Ba1-x-yLax+yTi1-xCrxO3 中出现了调控掺杂诱导铁磁性的征兆；而Sr1-x-yLax+yTi1-xCoxO3部分样品有顺磁-亚铁磁的相变。通过系统分析，我们提出了自旋和电荷调控掺杂铁磁性半导体的设计原则，将来在改进样品制备手段和选用合适材料后，有望获得高Tc的磁性半导体。