PDF《Al 掺杂 6H-SiC 的磁性研究与理论计算》

Al掺杂6H-SiC的磁性研究与理论计算 黄毅华 江东亮 张辉 陈忠明 黄政仁 Ferromagnetism of Al-doped 6H-SiC and theoretical calculation Huang Yi-Hua Jiang Dong-Liang Zhang Hui Chen Zhong-Ming Huang Zheng-Ren 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 66,

017501 (2017) DOI: 10.

7498/aps.66.017501 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.017501 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2017/V66/I1 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于时空变换恒定磁化的起始磁化曲线推算方法 A calculation method for initial magnetization curve under constant magnetization based on time-space transformation 物理学报.2015, 64(23):

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187102 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.187102 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 66, No.

1 (2017)

017501 Al掺杂6H-SiC的磁性研究与理论计算? 黄毅华? 江东亮 张辉 陈忠明 黄政仁 (中国科学院上海硅酸盐研究所结构中心、 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050) (

2016 年7月19 日收到;

2016 年9月29 日收到修改稿 ) d0 铁磁性 SiC 被认为是自旋电子学领域的关键材料之一, 受到广泛关注. 本文采用氩气气氛保护的共烧 掺杂方法制备具有 d0 铁磁性的 Al 掺杂 6H-SiC 粉体. 氩气气氛能有效抑制 SiC 在高温下的分解, 保护 Al 的有 效掺入. 所制备的粉体磁滞回线明显, 矫顽力大, 饱和磁矩达到 0.07 emu/g. 随着煅烧温度的升高, 粉体从原 来的抗磁性逐渐转变为铁磁性, 当温度进一步升高至

2200 ? C 以上时, 粉体重新表现为抗磁性. 采用第一性原 理计算了其磁性的来源, 并分析其净自旋在正空间中的分布情况. 计算表明, Al 原子与空位的共同作用产生 了1.0 ?B 的局域磁矩, 且其在 c 轴方向具有较稳定磁耦合作用. Al 掺杂 6H-SiC 粉体的磁性主要来自于 C 原 子的 p 轨道电子. 关键词: d0 铁磁性, SiC, 高温掺杂 PACS: 75.60.Ej, 71.20.Cb, 75.75.Cd DOI: 10.7498/aps.66.017501

1 引言d0 铁磁性是

2005 年爱尔兰科学家 Coey 在综 述[1] 其连续

4 年在 《Nature》 发表的

3 篇论文 [2?4] 等工作时提出的一个概念, 即在 d 轨道和 f 轨道没 有不成对电子的情况下, 材料 (如石墨、CaB6 和HfO2 等) 具有铁磁性和高于室温居里温度的一种 性能. 一直以来, 铁磁性都是 Fe, Co, Ni 等不成对 d 电子元素和稀土等不成对 f 电子元素所专有的性 能. Coey 认为是晶格或键缺陷的存在导致了杂带 (impurity band) 出现, 并产生自旋极化. 电子自 发或受缺陷影响进入杂带, 产生自旋不对称, 从而 产生 d0 铁磁性. 目前这一概念和现象已被凝聚态 物理领域广泛接受并证实. Garcia 等[5] 在《Nano Letters》 上报道: 采用有机分子覆盖的方法, 改变 纳米 ZnO颗粒的电子结构, 使其具有非 d电子参与 的铁磁性. 利用 X 射线吸收近边结构谱 (XANES) 和光致发光谱(PL spectra)表征了其电子结构的改 变情况. 他们称: 证实这种产生磁性的电子结构是 一个惊喜的挑战, 这种挑战将可能开启使用这些 材料的新世界. 近年来相关稀磁半导体 d0 铁磁性 的研究成为热点, Ando [6] 在《Science》 上报道: 赋 予半导体磁性就是在原来 电荷通和断 的维度上 增加具有记忆功能的 自旋上和下 两个维度, 自 旋电子学可能对计算机信息等领域产生变革性的 影响. 作为新一代的半导体材料, SiC 的d0 铁磁性也 在近年受到国内外众多学者的关注. 诱导 SiC 产生d0 铁磁性的方法目前主要有两种. 一种是通过 中子辐照或离子轰击的方法使 SiC 内部产生空位 缺陷, 从而产生 d0 铁磁性 [7?9] . 北京凝聚态物理 国家实验室的 Liu 等[7] 报道: 采用中子辐照的方 法制备了磁性可控的 6H-SiC 单晶, 其居里温度高 于室温;