3d过渡金属掺杂ZnO磁性纳米线制备及磁光电性质研究

项目采用水热法制备具有不同磁性的ZnO磁性纳米线，通过对ZnO磁性纳米线EELS、ELNES、XANES和介电函数、吸收光谱等光学性质和微结构的理论计算和实验测量，分析过渡金属掺杂对ZnO磁性纳米线结构的调制，实现3d过渡金属掺杂ZnO磁性纳米线铁磁性、反铁磁性和顺磁性的精确控制；采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，建立ZnO磁性纳米线磁性耦合机制模型，计算ZnO基稀磁半导体磁矩及磁性离子之间的交换耦合系数、磁矩和磁光电性质，澄清ZnO磁性纳米线铁磁耦合微观机理，最终达到ZnO磁性纳米线磁、光、电性质的调控，获得制备高性能、高居里温度的ZnO磁性纳米线的优化工艺。本项目的实施对低维氧化物稀磁半导体的基础研究和技术应用具有十分重要的理论与实际意义，也为将来研制基于氧化物磁性纳米线的自旋电子与光电子器件提供了实验和理论基础。

采用水热法，应用正交设计理论，优化了制备ZnO纳米线的工艺参数，进一步研究了制备条件对纳米线生长的影响，探索出最佳工艺条件，并以3d过渡金属为掺杂剂制备出高质量的ZnO磁性纳米线材料。研究样品的磁化强度与温度的关系，得到样品的磁性随温度、磁场及纳米线参数的变化规律。同时，采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法，完成过渡金属掺杂ZnO纳米线模拟设计，对比实验与理论计算结果，对磁性机理进行解释，获得ZnO磁性纳米线的磁性规律，指导并优化实验工艺，筛选出优化实验方案，制备出高性能的ZnO磁性纳米线材料。另外，制备了ZnO纳米线阵列，优化了ZnO纳米线阵列的制备工艺，表征了ZnO基纳米线阵列的磁、光性质，为ZnO自旋电子器件的研制作了前期探索研究。三年来，我们研究小组按照所提交的《国家自然科学基金申请书》中年度研究计划严格执行，并圆满完成了预期的研究任务。.三年来，依托该项目发表学术论文9篇，授权或申请中国发明专利4项。9篇学术论文其中8篇发表在SCI源期刊上（包括：“Materials Letters”刊出1篇，“Chinese Physics B”刊出2篇，“物理学报”刊出1篇，“物理化学学报”刊出1篇，国际会议12th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE- NANO)/2012.8论文2篇，“Journal of Nanoscience and Nanotechnology”刊出1篇（录用且正在排版中），其余1篇在核心期刊刊出。