稀磁半导体化合物sn1-xmnxo2的制备和表征

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1、稀磁半导体Sn1－xMnxO2系列化合物制备和表征霍国燕，任明辉，张彦远，霍国强（河北大学化学与环境科学学院，河北保定071002）摘要：用溶胶-凝胶法合成了系列化合物Sn1－xMnxO2（x=0.03、0.05、0.08、0.10），利用X射线衍射、红外光谱和振动样品磁强计对该系列化合物的结构和磁性进行了表征。结果表明，Mn4+都进入了SnO2的晶格中，形成了金红石型的固熔体，属于四方晶系，空间群为P42/mnm，晶格常数a随着Mn4+含量的增加而减小，而c保持不变。材料磁性能随着Mn4+含量的增加而增强，

2、Mn4+自旋磁矩随着Mn4+含量增加而减小。关键词：Sn1-xMnxO2稀磁半导体；溶胶-凝胶法；晶体结构；磁学性质中图分类号：文献标识码：文章编号：1001-3830（）-SynthesisandcharacterizationofdilutedmagneticsemiconductorSn1―xMnxO2compoundsHUOGuo-yan,RENMing-hui,ZHANGYan-yuang,HUOGuo-qiangCollegeofChemistryandEnvironmentalScience,H

3、ebeiUniversity,Baoding071002,ChinaAbstract:Sn1－xMnxO2(x=0.03,0.05,0.08,0.10)compoundsweresynthesizedinaqueoussolutionbysol-gelprocess.ThesecompoundsarecharacterizedbymeansofX-raydiffractometer,IRspectrometerandvibratingsamplemagnetometer.Measurementsshowedt

4、hattheMn4+ionsoccupySn4+siteandthatSn1-xMnxO2belongtoRutilestructurewithP42/mnmspacegroup.Thelatticeparameter,a,decreasewithincreasingMn4+content,however,thelatticeparameter,c,keepaconstantwithMn4+content.ThemagnetismincreaseswithMn4+increasing,nevertheless

5、,thespinmomentofMn4+decreaseswithmanganesedoping.Keywords:dilutedmagneticsemicondutors;sol-gelmethod;crystalstructure;magneticproperties1引言稀磁半导体是将磁性离子植入半导体物质中形成的一种具有特殊功能的一类材料，兼有信息处理、转换和传输的功能。这种材料以其优异的磁、磁光和磁电性能，在非易失性储存器、磁感应器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域具有诱

6、人的应用前景，从而受到广泛的关注[1-4]。为了解释稀磁半导体在室温下具有铁磁性的成因，世界各国学者进行了大量的研究工作，特别是在ZnO中掺入磁性离子的研究。在以ZnO为基质的稀磁半导体研究中，采用溶胶凝胶、气相沉集和离子植入等方法制备纳米晶、薄膜。研究人员试图利用载流子诱导理论、双交换机制和微铁磁簇等来解释表现出来的铁磁性能。由于掺入的磁性离子氧化物通常为反铁磁性物质（如：NiO，CoO）,并且这些反铁磁物质仅在几个纳米量级范围内，而且在很低的温度下才表现为铁磁性[8]（如：3.1nm的NiO其居里温度低于

7、5K[9]5），所以稀磁型半导体的铁磁性不是来源于杂相（磁性离子的反铁磁相）。为了在更宽的范围内寻找具有实用价值的稀磁半导体，作者用溶胶凝胶法制备了Sn1－xMnxO2系列化合物，并研究了其结构和磁学性能。2实验部分2.1仪器和试剂Y-2000AX射线衍射仪，WKVSM振动样品磁强计，马弗炉，DY-20压片机，电磁搅拌器，pHS-3酸度计，ThermoNicolet380傅立叶红外光谱仪，GZX-9070MBE数显鼓风干燥箱。MnSO4·H2O(分析纯)，SnCl2·2H2O(分析纯)，H2O2(30%)(分

8、析纯)，NaOH(分析纯)。2.2Sn1－xMnxO2系列化合物合成按Sn1－xMnxO2化学计量比称取相应量的SnCl2·2H2O和MnSO4·H2O溶解在蒸馏水中，用NaOH溶液调节溶液的pH值为5.8，搅拌加热3h，其中加入5%的H2O2将Sn2+氧化为Sn4+，继续加热蒸发，使溶液浓缩然后进行抽滤洗涤至pH为7，并检验滤液中无Cl-离子，然后将滤饼在烘箱中干燥。将得到的样品粉末研磨压片置于马