共振非弹性X射线散射在自旋电子学材料中的应用

室温铁磁性的起源是当前自旋电子学稀磁半导体材料基础研究的核心问题之一，而掺杂元素的原子/电子结构和磁结构的探测是研究稀磁半导体（ZnO:Mn等）室温铁磁性起源等问题的重要途径。特别是由于掺杂和空位缺陷导致的局域结构扭曲、电荷转移、轨道杂化和局域磁有序等精细信息的体相信号测量实验方法的实现，成为人们的追求目标。本项目根据共振非弹性X射线（RIXS）谱学方法能够给出特定元素的原子/电子结构和磁结构等信息，依托北京同步辐射装置XRF站，改进共振非弹性X射线散射谱仪探测系统，完成ZnO（GaN）材料掺Mn元素等自旋极化高分辨吸收谱和RIXS谱测量，研究Mn元素等局域结构、电荷转移、轨道杂化和局域磁有序等信息，明确掺杂原子的磁特性与其电子结构和几何结构的关系，为研究稀磁半导体室温铁磁性的起源等问题的微观机理提供实验依据，同时也为我国科学工作者提供一种新的原子/电子结构和磁结构研究平台。

本项目的分析晶体研制和RIXS谱仪优化进展顺利，按计划完成。由于对样品处光通量弱的程度估计不足，掺杂Mn样品的RIXS谱信噪比较差，使得我们发展RIXS研究材料掺杂诱导结构变化和性能变化的这个预期的科学目标无法达到。出于对自然科学基金资助的责任感让我们想尽一切办法调整研究方案，重新凝练科学目标。决定研究高浓度纯样样品的高压RIXS，以实现RIXS的应用研究。所幸的是我们初步地工作就在解决高压X射线吸收谱领域里的重要的国际难题方面有所突破，在毛细管透镜微聚焦应用过程中，解决了透射型Si光电二极管长期不能应用于能量扫描型实验测量X射线光通量的国际难题，并获得了国际上第一条无衍射峰XAFS谱；此外，进一步应用到金刚石压砧的高压XAFS谱中，解决了长期以来困扰高压吸收谱学界的金刚石衍射峰国际难题。我们将进一步应用到高压RIXS领域。