半金屬ZnxFe3-xO4物理性質的調控以及ZnxFe3-xO4-n型Si界面性質的研究.pdf

1、自旋電子學將電子的自旋特性引入到新型電子器件中，利用自旋作為信息存儲和傳輸的載體，具有退相干時間長、能耗低、數據處理速度快、集成度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，成為信息科學、凝聚態(tài)物理及新材料等領域共同關注的熱點。
　　鐵基材料是來源和應用最為廣泛的磁性材料，也是自旋電子材料中最重要的組成部分之一。本論文以 Fe3O4自旋電子材料為研究對象，利用溶膠-凝膠法制備了不同Zn摻雜濃度的多晶ZnxFe3-xO4（0?x?1）粉末、薄膜以及ZnxF

2、e3-xO4/Si異質結構，系統(tǒng)研究了A位摻雜對材料結構、成分以及磁、電輸運性質的影響，主要研究結果如下：
　　一、結構和成分的研究結果表明，隨著 Zn摻雜濃度的增加，ZnxFe3-xO4的晶格常數增加，晶粒直徑減小，并且在Fe2p的XPS譜中，Fe2+峰強度逐漸減弱，證明Zn2+摻入到了樣品的晶格中。XPS價帶譜的研究表明，隨Zn2+摻雜濃度的增加，體系由金屬性轉變?yōu)榘雽w性，并且下自旋t2g載流子的濃度逐漸降低。
　　二

3、、磁性研究結果表明，摻雜Zn2+前后的Fe3O4薄膜仍保持穩(wěn)定的鐵磁性，居里溫度高于300 K；飽和磁化強度隨Zn摻雜濃度的增加而逐漸降低。
　　三、電輸運性質研究表明，制備態(tài)的Fe3O4多晶薄膜室溫電阻率隨Zn摻雜濃度的增加而增加超過一個數量級。室溫下 Fe3O4薄膜的磁電阻為-3.4％，摻入Zn元素后，磁電阻并未出現明顯的變化；通過 Inoue模型結合磁電阻曲線可估算室溫下Fe3O4薄膜的自旋極化率超過19%，Zn0.3Fe2

4、.7O4薄膜的自旋極化率超過18%。
　　四、研究了ZnxFe3-xO4/Si異質結構的界面結構與電輸運性質。I-V曲線的測量結果表明，隨著 Zn摻雜濃度的增加，Si/ZnxFe3-xO4界面處的肖特基勢壘高度降低，更有利于自旋向半導體材料中的有效注入。
　　上述結果表明，ZnxFe3-xO4薄膜可以保持較高的自旋極化率，并在較寬的范圍內調節(jié)載流子濃度和電阻率，以實現與各種半導體材料的電阻率匹配，此外， ZnxFe3-xO4