二维稀磁半导体材料的自旋调控研究

2D diluted magnetic semiconductors can be applied in a tunable and precise low dimensional quantum system. This kind of materials process localized magnetic moment and current carrier. The current carrier can not only scatter in minimum limitation but also can move at high speed. Moreover, they are able to trigger long range quantum states of localized magnetic moment. Therefore, it was the utilization of time-included to regulate electron spin that is important challenge in spinning electron research field. This project studys regulation of 2D diluted magnetic semiconductors electron spin. 2D MoS2, SnS2 and SnO materials are fabricated through atomization doping, electrochemical intercalation of lithium ion and mechanical exfoliation. Magnetic phase transition caused by doping rare earth ion in these materials. This project sums up characters of spin state and reveals physical essence of new phenomenon and provides new conception, mechanism and theoretical model for the design of new quantum devices.

二维稀磁半导体材料是一种可精确调控的低维量子体系。既有局域磁矩，又有引发局域磁矩长程量子序的载流子, 载流子能最小限度散射并高速通过。利用掺杂与外场对其电子自旋进行调控，是目前自旋电子学研究领域面临的重要挑战。本项目研究二维稀磁半导体材料的电子自旋调控，是利用雾化掺杂与电化学锂离子插层和机械剥离法制备二维MoS2、SnS2和SnO稀磁半导体材料，研究二维MoS2、SnS2和SnO稀磁半导体的稀土离子掺杂种类、含量，引起的磁相变。总结出可调控的二维自旋态，揭示出新现象的物理本质，为新型量子器件的设计提供新概念、新机制和理论模型。

二维层状结构稀磁半导体材料是一种可精确调控的低维量子体系。既有局域磁矩，又有引发局域磁矩长程量子序的载流子, 载流子能最小限度散射并高速通过。稀土离子因具有特殊的4f和4f5d能级以及电荷跃迁态结构，成为了相当合适的掺杂剂。它可以通过随机取代In原子而进入晶格并引入深能级。这些能级控制着导电载体的类型和迁移率，在发光过程中用作为激活剂或抑制剂，同时又能引起样品的磁化，兼具磁性和荧光两种特性。此外，掺杂离子的浓度还可以影响发光和磁化的强度。利用掺杂与外场对其电子自旋进行调控，是目前自旋电子学研究领域面临的重要挑战。本项目研究了二维稀磁半导体材料的电子自旋调控，是利用雾化掺杂与电化学锂离子插层和机械剥离法制备了二维MoS2、SnS2和SnO稀磁半导体材料，研究了二维MoS2、SnS2和SnO稀磁半导体的稀土离子掺杂种类、含量，引起的磁相变。总结了可调控的二维自旋态，揭示了新现象的物理本质，为新型量子器件的设计提供新概念、新机制和理论模型。建立了MoS2、SnS2和SnO基纳米稀磁半导体的结构与光学、磁学关系模型，探讨了其物理根源。该项目的研究为制备室温下具有良好光电磁效应的稀磁半导体材料，以及纳米器件的发展提供了关键材料和理论基础。