Ferromagnetic transition metal implanted ZnO: a diluted magnetic semiconductor?
最近的理论工作预测，一些半导体（如ZnO）掺杂磁性离子是稀磁半导体（DMS）。在DMS中，磁性离子取代了主体半导体的阳离子位置，并通过自由载流子耦合，从而产生铁磁性。由于磁性离子在半导体基质中的固溶度限制，产生DMS材料的主要障碍之一是形成第二相。在我们的研究中，过渡金属离子注入到ZnO单晶的峰值浓度为0.5-10原子%。我们建立了结构和磁性之间的相关性。通过同步辐射X射线衍射（XRD），观察到第二相（Fe、Ni、Co和铁氧体纳米晶体），并已被确定为铁磁性的来源。由于它们相对于主体晶体的不同结晶取向，这些纳米晶体在某些情况下非常难以通过简单的Bragg-Brentano扫描检测到。这导致了使用XRD来排除DMS材料中的次级相形成的缺陷。作为比较，稀释在ZnO膜中的Co的溶解度范围在10和40原子%之间使用不同的生长条件脉冲激光沉积。这种稀释的Co掺杂的ZnO薄膜显示出顺磁性行为。然而，只有Co掺杂的ZnO薄膜的磁电阻揭示了可能的s-d交换相互作用相比，Co注入ZnO单晶。
2009-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Absence of ferromagnetism in V-implanted ZnO single crystals
介绍了V掺杂ZnO的结构和磁性。采用离子注入法将V离子引入到水热法制备的ZnO单晶中，注入剂量为1.2*10^16 ~ 6*10^16 cm^-2。在823 ~ 1023 K的高真空中进行了注入后退火。ZnO主体材料在照射后仍然部分地保持在结晶状态，并且通过退火部分地恢复。深度分布俄歇电子能谱显示V离子具有热迁移性。同步辐射X射线衍射表明没有形成第二相，这表明V取代到Zn位点上。然而，在所有的样品中没有明显的铁磁性观察到的超导量子干涉装置磁强计下降到5 K。
2006-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced sputtering and incorporation of Mn in implanted GaAs and ZnO nanowires
模拟和实验研究了室温下高能Mn离子注入ZnO和GaAs纳米线的溅射产额。通过精确的扫描电子显微镜（SEM）和纳米X射线荧光（nanoXRF）定量分别测量随着Mn离子流率增加而产生的纳米线变薄和掺杂剂浓度。我们观察到一个明确的增强溅射产率相比，散装辐照纳米线，这也证实了iradina模拟。如果离子范围与纳米线直径匹配，则这些显示最大值。作为纳米线的侵蚀变薄的结果，Mn掺杂剂的掺入也被增强并且随着离子流率的增加而非线性地增加。
2015-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Structural recovery of ion implanted ZnO nanowires
离子注入是掺杂半导体材料如氧化锌的一种有趣的方法，前提是掺杂引起的缺陷可以随后被去除。在与先前关于体ZnO的研究[J.Appl.Phys.109，023513（2011）]相同的条件下，在氧化锌纳米线上进行氮注入，然后在O2下退火，从而允许直接比较缺陷恢复机制。透射电子显微镜和阴极射线发光进行了评估氮注入和随后的退火对ZnO纳米线的结构和光学性能的影响。缺陷恢复被证明是更有效的纳米线相比，散装材料由于接近自由表面。然而，注入和退火的纳米线的光发射恶化相比，生长的纳米线，也观察到未注入和退火的纳米线。这初步归因于O2吸附在纳米线表面引起的空间电荷区激子的解离。
2012-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Six-fold in-plane magnetic anisotropy in Co-implanted ZnO (0001)
用铁磁共振（FMR）技术研究了不同Co注入剂量下生长在单晶Al_2 O_3（11-20）衬底上的ZnO（0001）薄膜的磁各向异性。铁磁共振数据表明，易轴和难轴具有60度的周期性在膜平面，在协议的ZnO薄膜的六角结构。这六倍的面内磁各向异性，这是第一次在ZnO基稀磁半导体中观察到的，归因于在ZnO结构中的Zn位点上的钴的替代，并且清楚地表明在单晶ZnO薄膜中的替代钴离子之间的长程铁磁有序。
2010-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dose dependence of ferromagnetism in Co-implanted ZnO
本文研究了在Al_2O_3（1120）衬底上生长的ZnO（0001）薄膜在不同注入剂量和较宽温度范围内的结构、磁性和电学性质。观察到强室温铁磁性，磁性参数取决于钴注入剂量。对Co注入ZnO薄膜的结构和磁性进行了详细的分析，结果表明Co注入ZnO薄膜中存在两个磁性相。一个是铁磁相，由于在ZnO层中注入的磁性钴离子之间形成长程铁磁有序，第二个是超顺磁相，这是由于在Al2O3衬底中形成金属钴簇而发生的。用X射线共振磁散射方法研究了钴、氧和锌的元素比磁化强度。磁二向色性观察到在钴L2，3的边缘，以及在O K边缘。此外，还观察到了反常的霍尔效应，支持了Co注入ZnO薄膜的铁磁性本质。
2008-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fe-implanted ZnO: Magnetic precipitates versus dilution
目前，铁磁性常出现在潜在的稀磁半导体系统中。然而，许多作者认为，所观察到的铁磁性源于铁磁性沉淀物或亚稳分解，而不是来自载体介导的磁性杂质，如稀释磁性半导体所需的。在本文中，我们回答了这个问题，全面的Fe注入ZnO单晶。不同的注入能量密度和温度和注入后退火温度已被选择，以评估在很宽的参数范围内的结构和磁性能。发现了关于Fe浓度和工艺温度的三种不同的状态：1）在低Fe浓度和低加工温度下分散Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$，2）在非常高的加工温度下FeZn $_2$ O $_4$和3）金属Fe（Fe $^0$）和离子Fe（Fe $^{2+}$和Fe $^{3+}$）共存的中间状态。铁磁性仅在后两种情况下观察到，其中反转的ZnFe $_2$ O $_4$和$α$ -Fe纳米晶体分别是所观察到的铁磁性行为的起源。在最后一种情况下，离子Fe可能有助于载体介导的偶联。然而，由于缺乏p型载流子，它们的间隔太大而不能铁磁耦合。为了比较研究的Fe注入外延ZnO薄膜。
2009-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear magnetic resonance of ion implanted $^8$Li in ZnO
我们报告的稳定性和磁性状态的离子注入$^8$锂在单晶的半导体ZnO使用$β$检测核磁共振。在超稀浓度下，光谱显示出从7.6到400 K的不同Li位点。电离的浅施主间隙Li在整个温度范围内是稳定的，证实了其自补偿其（Zn）替代对应物的受主特性的能力。在300 K以上，自旋-晶格弛豫表明相互作用缺陷的相关局部运动的开始，并且光谱显示从无序配置到替代的位置变化过渡。与间隙原子一样，替代原子也没有分辨出超精细分裂，表明它在210 K以上也完全电离。间隙$^8$ Li处的电场梯度表现出显著的温度依赖性，具有非立方金属的典型幂律。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic room temperature ferromagnetism in Co-implanted ZnO
我们报道了在蓝宝石衬底上生长的钴离子注入ZnO薄膜的结构和磁性。X射线衍射和透射电子显微镜揭示了一个（10-10）-取向的六方Co相的存在下，在Al 2 O3蓝宝石衬底，但不是在ZnO薄膜。Co团簇直径约为5-6 nm，在ZnO/Al_2 O_3界面附近形成富Co层。磁化强度测量表明，注入区存在两种不同的磁相。一个来源于Co在Al 2 O3中的团簇，另一个属于均匀的铁磁相，铁磁居里温度远高于室温，可以归因于在ZnO层中的Zn位上的Co替代。我们已经观察到在Co L2，3和O K边缘在室温下的磁二向色性，以及在X射线吸收光谱中的多重态结构的Co L3边缘周围，支持所观察到的铁磁性的内在本质Co注入ZnO薄膜。在高自旋态下，每个Co原子的磁矩约为2.81个Bohr磁子，这与理论预期的3个Bohr磁子非常接近.
2008-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation and annealing of dislocation loops induced by nitrogen implantation of ZnO
虽然氧化锌是用于制造短波长光电子器件的有前途的材料，但是p型掺杂对于二极管的实现仍然是具有挑战性的步骤。非平衡的方法，如离子注入，预计掺杂ZnO的成功提供了注入引入的非辐射缺陷可以退火。本研究对ZnO衬底进行氮离子注入，并通过透射电子显微镜和X射线衍射（XRD）研究了900^{ \circ }C退火前后注入引起的扩展缺陷。退火前，这些缺陷被确定为位错环位于高N浓度区的基面，或在低N浓度区的棱柱面，连同线性位错。沿c轴的单轴变形为0.4%，由占主导地位的基底回路，测量通过XRD在注入层。退火后，棱柱环消失，而基底环的密度降低，直径增加。此外，位错环完全从亚表面区域消失。XRD测量表明，在注入和退火层中的残余变形仅为0.05%。在高氮浓度或高温下，基底环有利于棱柱环，这一事实归因于在这些条件下较低的堆垛层错能。环的合并和它们在次表面区域的消失归因于点缺陷扩散。最后，氮注入ZnO的电学和光学性质与观察到的结构特征相关。
2011-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Ferromagnetism in Eu doped ZnO
本文报道了注入态Eu掺杂ZnO（ZnO：Eu）的室温铁磁性。为了解决铁磁性的起源ZnO：Eu系统的从头计算进行。结果表明，由于Eu离子在完整ZnO中倾向于反铁磁排列，ZnO的点缺陷导致了铁磁性。
2010-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and photoluminescence properties of Zn-ion implanted silica glass before and after thermal annealing
本文给出了30 keV，D=1 × 10 ~（17）cm^~（-2）Zn离子注入a-SiO_2的XPS芯能级和价带谱测量、光致发光谱和电子结构的密度泛函理论计算结果以及Zn离子注入引起的石英玻璃结构缺陷的形成能。理论和实验都表明，注入锌离子占据间隙位置比阳离子取代在能量上更有利。结果，Zn离子嵌入到基质中，与周围的氧原子形成化学键，形成ZnO类纳米颗粒和缺氧的SiOx基质。随后在900 ℃（1小时）的热退火强烈地减少了ZnO纳米颗粒的数量，并诱导了α-Zn 2SiO 4相的形成，这显著地增强了绿光发射。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographically oriented magnetic ZnFe2O4 nanoparticles synthesized by Fe implantation into ZnO
本文提出了Fe注入ZnO的结构与磁性之间的关系。高注量Fe^+离子注入ZnO后，形成了超顺磁性α-Fe纳米粒子。在823 K的高真空退火导致α-Fe颗粒的生长，但在1073 K的退火氧化的Fe纳米颗粒的大部分。在1073 K下长时间退火后，在ZnO内部形成了晶体取向的ZnFe 2 O 4纳米颗粒，其取向关系为ZnFe 2 O 4（111）[110]//ZnO（0001）[1120]。这些ZnFe 2 O 4纳米粒子在5 K下磁化反转时表现出滞后行为。
2006-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in Fe-doped ZnO Nanocrystals: Experimental and Theoretical investigations
成功合成了Fe掺杂ZnO纳米晶，并利用X射线衍射和透射电镜对其结构进行了表征。在相同系统上的磁化测量揭示了铁磁到顺磁转变温度> 450 K，由于纳米颗粒系统中无序表面自旋的倾斜，具有从铁磁到自旋玻璃态的低温转变。局部磁探针，如EPR和穆斯堡尔表明存在的Fe在两个价态Fe 2+和Fe 3+。我们认为，Fe 3+的存在是由于在系统中的阳离子（Zn）空位可能的空穴掺杂。通过从头算电子结构计算，研究了Fe掺杂ZnO体系中的缺陷（如O空位和Zn空位）对铁磁性的性质和起源的影响。电子结构计算表明空穴掺杂（锌空位）是更有效地稳定铁磁性Fe掺杂ZnO和我们的结果是一致的铁磁性Fe掺杂ZnO样品中的空穴掺杂的实验签名。
2007-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Non-DMS related ferromagnetism in transition metal doped zinc oxide
我们回顾了最近的努力，使一个传统的半导体，即ZnO，铁磁性的过渡金属离子掺杂的手段陷阱。由于这些元素的溶解度相当低，在低温处理时形成第二相和产生缺陷会导致不希望的磁效应。其中，离子注入是一种掺杂方法，非常适合研究这些效应。通过主要集中在Fe，Co或Ni注入ZnO单晶，我们表明，有多种来源的铁磁性在这种材料中，很容易混淆的铁磁稀磁半导体（DMS）的形成。我们将集中讨论金属和氧化物沉淀物及其鉴别的困难。
2009-08-05 cond-mat.mtrl-sci
